FernUniversität in Hagen
Planung von
Naturschutzgebieten
mit quantitativen Methoden
Cynthia Wiens
Cynthia WiensPlanung von Naturschutzgebieten mit quantitativen Metho
WIRTSCHAFTSWISSENSCHAFT
Planung von Naturschutzgebieten mit quantitativen Methoden
ISBN: 978-3-96163-190-2
37,90 €
Cynthia Wiens
Planung von Naturschutzgebieten mit quantitativen
Methoden
quantitativen Methoden
Inauguraldissertation zur Erlangung des Doktorgrades – Dr. rer. pol. –
der Fakultät für Wirtschaftswissenschaft der FernUniversität in Hagen
Cynthia Wiens von
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
Die vorliegende Arbeit wurde von der Fakultät für Wirtschaftswissenschaft der FernUniversität in Hagen im Wintersemester 2019/2020 als Dissertation angenommen.
Erstgutachter: Prof. Dr. Andreas Kleine Zweitgutachter: Prof. Dr. Dr. h. c. Günter Fandel Disputation: 23. April 2020
1. Auflage 2020
ISBN 978-3-96163-190-2 readbox unipress
in der readbox publishing GmbH Rheinische Str. 171
44147 Dortmund
http://www.readbox.net/unipress
Erst wenn er das begreift, hat er eine Überlebenschance.“
(Richard Freiherr von Weizsäcker)
Das Wachstum der Bevölkerung und die sich wandelnden Lebensgewohn- heiten der Menschen erfordern einen immer größeren Lebensraum, der in Kon- kurrenz zu dem vieler Tier- und Pflanzenarten steht, so dass diese vielfach in ihrem Bestand gefährdet sind. Der World Wide Fund for Nature (WWF) bezifferte im Dezember 2019 in der aktuellen Roten Liste über 30.000 be- drohte Arten weltweit. Das sind mehr Arten als jemals zuvor, zahlreiche sind bereits ausgestorben. Daher gibt es bereits seit langem globale Bestrebungen, Schutzgebiete für gefährdete bzw. potentiell gefährdete Arten einzurichten.
Die politischen Bemühungen werden dabei durch zahlreiche wissenschaftli- che Arbeiten unterstützt.
Zur Entscheidungsunterstützung bei der Auswahl und Einrichtung von Naturschutzgebieten kommen seit den 70er-Jahren des vergangenen Jahrhun- derts auch Methoden des Operations Research zum Einsatz. Die Ansätze basieren auf der Klasse der sogenannten Covering Probleme, bei denen nach einer optimalen Überdeckung von geforderten Eigenschaften– hier den Arten–
in Bezug auf zur Auswahl stehenden Alternativen – hier dem Lebensraum – gesucht wird. Diese Ansätze sind auch in den Wirtschaftswissenschaften bes- tens bekannt und kommen etwa bei der Standortplanung zum Einsatz. Die ersten vergleichsweise einfachen Ansätze und Modelle wurden im Laufe der vergangenen Jahrzehnte kontinuierlich weiterentwickelt.
Diese Ansätze sind der Ausgangspunkt für die vorliegende Schrift. Auf Basis einer Bestandsaufnahme der bereits bekannten Methoden zur Planung von Naturschutzgebieten wird in der Arbeit das Ziel verfolgt, die bestehenden Methoden insbesondere um eine ökonomisch geprägte Sichtweise zu ergänzen, die zusätzlich eine dynamische (mehrperiodige) Betrachtung der Problemstel- lung erlaubt. Damit soll beispielsweise die Möglichkeit eröffnet werden, ein bestehendes Naturschutzgebiet im Laufe der Zeit unter Berücksichtigung der nur begrenzt zur Verfügung stehenden Ressourcen weiterzuentwickeln. Dies ist etwa beim aufwendigen Bau von Grünbrücken zwischen zwei nicht ver- bundenen Teilen von Schutzgebieten von Bedeutung, die zumeist hohe Inves- titionen erfordern und daher langfristig zu planen sind. Hierbei wird aus den Ausführungen deutlich, dass es neben der klassischen Zielsetzung bei Species
Covering-Problemen – die Anzahl der Parzellen zu optimieren – zahlreiche weitere Kriterien – wie etwa die Komplementarität oder Vernetzung – zu be- rücksichtigen gilt. Zur Lösung derartig komplexer Fragestellungen stellt Frau Wiens einen simultanen mehrkriteriellen dynamischen Optimierungsansatz vor, der in ein gemischt ganzzahliges Modell resultiert. Wie sich der Ansatz umsetzen lässt, wird an einem numerischen Beispiel für die unterschiedlichen Modellvarianten sehr anschaulich illustriert und abschließend für eine Zielart – die Wildkatze – im Regierungsbezirk Arnsberg praktisch veranschaulicht.
Mit der vorliegenden Schrift erhalten Leser*innen einen systematischen Überblick von Optimierungsmethoden zur Planung der Parzellen in Natur- schutzgebiete. Der vorgestellte Ansatz zeigt auf, wie sich Naturschutzgebiete unter Berücksichtigung von begrenzten Budgets und verschiedener Zielset- zungen im Zeitablauf gezielt weiterentwickeln lassen.
Andreas Kleine
Naturschutz stellt ein wichtiges Instrument dar, um Tier- und Pflanzenar- ten und deren Lebensräume zu schützen. Das damit verbundene Ziel, ist die Erhaltung und die Wiederherstellung der biologischen Vielfalt. Um dieses Ziel zu erreichen, können Naturschutzgebiete geplant werden, wobei diese Planung systematisch erfolgen sollte, die sich durch eine gesamtheitliche Betrachtung von Naturschutzanforderungen auszeichnet und mit Hilfe von quantitativen Methoden entscheidungsorientiert unterstützt werden kann. Die vorliegende Dissertation betrachtet genau diese Aspekte. Des Weiteren soll diese Arbeit zum Nachdenken bezüglich des Umgangs mit der Natur anregen. Die Fertig- stellung dieser Arbeit ist der Unterstützung und Motivation vieler Menschen aus meinem privaten und beruflichen Umfeld zu verdanken.
Herzlicher Dank gilt meinem Erstgutachter Herrn Prof. Dr. Andreas Klei- ne, der mir die Ausarbeitung der vorliegenden Dissertation ermöglicht und mich während des gesamten Prozesses unterstützt hat. Meinem Zweitgutach- ter Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. Fandel möchte ich für die kritische Auseinan- dersetzung und die wertvollen Hinweise danken. Herrn Prof. Dr. Kieckhäfer, meinem Drittprüfer, danke ich für weitergehende Anregungen.
Besonders bedanken möchte ich mich bei Herrn Markus Hilbert, mit dem ich kritische und impulsgebende Diskussionen geführt habe. Vielen Dank für die Unterstützung und Motivation in der Abschlussphase dieses Projektes.
Weiterer Dank gilt dem Lehrstuhl-Team, das mich in dieser Phase un- terstützt hat und mit dem kritische Diskussionen geführt wurden. Vielen Dank an Friedhelm Kulmann, Andreas Dellnitz, Steffen Hoffmann, Jonathan Grimm, Franziska Fricke und Daniela Wiesner. Aufgrund beruflicher Verände- rungen oder Abschluss ihrer Promotionsvorhaben sind Damian Pozo Vicente, Jonas Ostmeyer, Yvonne Homeyer, Bastian Kordyaka und Michael Serejen- kov nicht zu vergessen.
Herrn Jan Trockel gebührt ebenfalls herzlicher Dank bei der Unterstüt- zung dieses Vorhabens.
Nach dem Wechsel in das Team von Dezernat 6 möchte ich mich an dieser Stelle ebenfalls für die motivierende Unterstützung und das Verständnis in der letzten Phase dieses Projektes bedanken.
Herzlich bedanken möchte ich mich bei Herrn Ihrig, der mich bei der Veröffentlichung maßgeblich unterstützt hat und der das Wagnis dieser Ver- öffentlichung hinsichtlich eines anderes Formates gewagt hat.
Als Abschluss möchte ich meiner Familie und meinen Freunden herzlich danken, die mich alle unterstützt, mich motiviert und Verständnis für dieses Vorhaben gezeigt haben.
You made all of this possible – thank you very much.
Cynthia Wiens
Geleitwort IX
Vorwort XI
Abbildungsverzeichnis XV
Tabellenverzeichnis XIX
Abkürzungsverzeichnis XXIII
Symbolverzeichnis XXV
1. Einleitung 1
1.1. Motivation . . . 1
1.1.1. Naturschutz & Naturschutzplanung . . . 2
1.1.2. Das Damoklesschwert der Natur . . . 4
1.1.3. Resultierende Ableitungen . . . 7
1.2. Ziel dieser Arbeit . . . 8
1.3. Aufbau dieser Arbeit . . . 9
2. Einführung in die Naturschutzplanung 13 2.1. Historische Entwicklung des Naturschutzes . . . 13
2.2. Motivation für Naturschutz . . . 16
2.3. Anforderungen der Naturschutzplanung . . . 20
2.3.1. Biodiversität & ihre Messung . . . 20
2.3.1.1. Biodiversität . . . 20
2.3.1.2. Komplementarität als Messgröße . . . 24
2.3.1.3. Weitere Instrumente zur Selektion . . . 26
2.3.2. Kohärenz . . . 28
2.3.3. Individuelle Mindestareale und Habitatansprüche . . 35
2.3.4. Finanzierung . . . 38
2.3.5. Management . . . 39
2.4. Frühe Ansätze in der Naturschutzplanung . . . 41
2.4.1. Diversitätskonzepte . . . 42
2.4.2. Inselbiogeographie . . . 42
2.5. Präsumtionen für die Anwendung von quantitativen Methoden in der Naturschutzplanung . . . 45
2.5.1. Relevanz . . . 45
2.5.2. Prämissen . . . 48
2.5.2.1. Einteilung in Parzellen . . . 48
2.5.2.2. Datenerfassung . . . 51
2.5.3. Repräsentation als Graph . . . 53
2.6. Methoden der Naturschutzplanung . . . 57
2.6.1. Scoring & Ranking . . . 57
2.6.2. Iterative Verfahren . . . 58
2.6.3. Optimierung . . . 59
3. Covering Probleme 63 3.1. Einordnung . . . 63
3.2. Location Covering Probleme . . . 67
3.2.1. Einführung in die Standortplanung . . . 67
3.2.2. Das Location Set Covering Problem (LSCP) . . . 75
3.2.2.1. Das Modell des LSCP . . . 75
3.2.2.2. Anwendungsbeispiel des LSCP . . . 77
3.2.3. Das Maximal Covering Location Problem (MCLP) . . 81
3.2.3.1. Das Modell des MCLP . . . 82
3.2.3.2. Anwendungsbeispiel des MCLP . . . 84
3.3. Species Covering Probleme . . . 86
3.3.1. Einführung in die Species Covering Probleme . . . 87
3.3.2. Das Species Set Covering Problem (SSCP) . . . 90
3.3.2.1. Das Modell des SSCP . . . 91
3.3.2.2. Anwendungsbeispiel des SSCP . . . 93
3.3.3. Das Maximal Covering Species Problem (MCSP) . . 96
3.3.3.1. Das Modell des MCSP . . . 96
3.3.3.2. Anwendungsbeispiel des MCSP . . . 98
3.3.4. Das Multi Species Covering Problem (MuSCP) . . . . 100
3.3.4.1. Das Multi Species Set Covering Problem (MuSSCP) . . . 100
3.3.4.2. Das Multi Maximal Covering Species Pro- blem (MuMCSP) . . . 103
3.4. Lösungsmethoden . . . 110
3.4.1. Exakte Verfahren und Näherungsverfahren . . . 110
3.4.2. Aufwandsbetrachtungen . . . 117
3.4.2.1. Einführung in die Thematik . . . 117
3.4.2.2. Relaxation der Problemgröße . . . 120
4. Erweiterung der Species Covering Probleme 123 4.1. Literaturüberblick . . . 123
4.2. Statisches Modell . . . 133
4.2.1. Formulierungen für beide Modellvarianten . . . 133
4.2.1.1. Verändertes Anwendungsbeispiel . . . 133
4.2.1.2. Kosten & Budget . . . 134
4.2.1.3. Individuenanzahl . . . 136
4.2.1.4. Mindestlebensraumanspruch . . . 137
4.2.1.5. Komplementarität . . . 144
4.2.1.6. Test auf Kohärenz . . . 149
4.2.2. Formulierungen für das MuSSCP . . . 149
4.2.2.1. Betrachtung aller Spezies . . . 150
4.2.2.2. Zielfunktion . . . 150
4.2.2.3. Modell des MuSSCP . . . 159
4.2.2.4. Modell des MuSSCP-V . . . 162
4.2.3. Formulierungen für das MuMCSP . . . 163
4.2.3.1. Verbindung zwischen Parzelle & Spezies . 163 4.2.3.2. Limitierung der Parzellen . . . 164
4.2.3.3. Zielfunktion . . . 164
4.2.3.4. Modell des MuMCSP . . . 166
4.2.3.5. Modell des MuMCSP-V . . . 167
4.2.4. Anwendungsbeispiel . . . 167
4.2.4.1. Inputdaten . . . 167
4.2.4.2. MuSSCP & MuSSCP-V . . . 170
4.2.4.3. MuMCSP & MuMCSP-V . . . 181
4.3. Dynamisches Modell . . . 190
4.3.1. Möglichkeiten der dynamischen Planung . . . 191
4.3.2. Übertragung der Parzellen . . . 192
4.3.3. Betrachtung des Budgets . . . 194
4.3.4. Zeitpräferenz . . . 198
4.3.5. DyMuSSCP . . . 200
4.3.6. DyMuSSCP-V . . . 205
4.3.7. DyMuMCSP . . . 206
4.3.8. DyMuMCSP-V . . . 208
4.3.9. Anwendungsbeispiel . . . 208
4.3.9.1. Inputdaten . . . 209
4.3.9.2. DyMuSSCP & DyMuSSCP-V . . . 211
4.3.9.3. DyMuMCSP & DyMuMCSP-V . . . 220
5. Anwendung der dynamischen MuSCP auf ein realitätsnahes Bei- spiel 229 5.1. Einführung in die Problemstellung . . . 229
5.2. A posteri Analysen . . . 232
5.2.1. Kohärenz (erste a posteriori Analyse) . . . 233
5.2.2. Zweite a posteriori Analyse . . . 234
5.3. Darstellung & Diskussion der Ergebnisse . . . 235 6. Zusammenfassung, Ausblick & Forschungsbedarf 251
Glossar zu Begriffen des Naturschutzes 257
Anhang 269
Literaturverzeichnis 279
Bildverzeichnis 313
1.1. Interdisziplinäre Zusammenarbeit . . . 8
1.2. Aufbau der Arbeit . . . 10
2.1. Brookesia micra, Pudu Puda und Nomioides minutissimus 21 2.2. Visualisierung der Komplementarität . . . 25
2.3. Kohärenz und Isolation . . . 28
2.4. Strukturelle und funktionale Vernetzung . . . 29
2.5. Verbundene Waldgebiete . . . 32
2.6. Darstellung eines Korridors . . . 32
2.7. Grünbrücke . . . 33
2.8. Amphibientunnel . . . 33
2.9. Arten-Areal-Kurve . . . 36
2.10. Gebietsformen . . . 44
2.11. Ablauf des Modellierungsprozesses . . . 47
2.12. NRW mit quadratischer Einteilung . . . 49
2.13. NRW mit hexagonaler Einteilung . . . 49
2.14. NRW mit individueller Einteilung . . . 50
2.15. Individuelle Parzelleneinteilung mit Verkehrsweg . . . 51
2.16. Darstellung eines Graphen . . . 53
2.17. Gerichtete und ungerichtete Kante . . . 53
2.18. Entgegensetzte und bewertete Kante . . . 54
2.19. Weg und Kreis . . . 54
2.20. Nicht zusammenhängender Graph . . . 55
2.21. Parzellenauswahl von NRW . . . 55
2.22. Parzellenauswahl als Graph . . . 56
3.1. Grundlegende Modelle der Standortplanung . . . 64
3.2. Unterteilung der Location Covering Probleme . . . 65
3.3. Der Torricelli Punkt . . . 68
3.4. Der Simpson Punkt . . . 70
3.5. Allgemeine Darstellung der CP . . . 72
3.6. Überdeckung bei Standortwahl in den Knoten . . . 74
3.7. Überdeckung bei Standortwahl auf der Kante . . . 74
3.8. Überdeckung der möglichen Standorte . . . 74
3.9. Hilfsfrist . . . 78
3.10. Beispielgraph . . . 78
3.11. MatrixΞ . . . 79
3.12. Standorte der Rettungswachen für das LSCP . . . 81
3.13. Standorte der Rettungswachen für das MCLP (P = 3) . . 85
3.14. Standorte der Rettungswachen für das MCLP (P = 2) . . 85
3.15. Unterteilung der Species Covering Probleme . . . 87
3.16. Beispielgraph für die SCP . . . 93
3.17. Presence-Absence Matrix . . . 95
3.18. Parzellenauswahl für das SSCP . . . 96
3.19. Parzellenauswahl für das MCSP (P = 8) . . . 99
3.20. Parzellenauswahl für das BSSCP . . . 102
3.21. Parzellenauswahl für das BMCSP (P = 8) . . . 108
3.22. Parzellenauswahl für das MuMCSP (P = 9) . . . 108
3.23. Klassifizierung von Lösungsmethoden . . . 111
3.24. Näherungsverfahren im Kontext der Naturschutzgebietsaus- wahl . . . 116
3.25. Komplexität . . . 119
3.26. Reduktion auf Set Covering Covering Problem . . . 120
4.1. Betrachtete Hauptaspekte . . . 131
4.2. Beispielgraph für die MuSCP . . . 133
4.3. Darstellung einer Pareto-Front . . . 153
4.4. Darstellung unterschiedlicher Gewichtungen . . . 153
4.5. Parzellenauswahl für das MuSSCP . . . 171
4.6. Kompromissmodell MuSSCP . . . 175
4.7. Pareto-optimale Lösungen MuSSCP . . . 175
4.8. Parzellenauswahl für das MuSSCP-V . . . 176
4.9. Pareto-optimale Lösungen MuSSCP-V . . . 180
4.10. Ungewichtete partielle Zielfunktionswerte für das MuSSCP-V für verschiedene Zielgewichtungen . . . 180
4.11. Parzellenaus- wahl für das MuMCSP (P = 11) . . . 182
4.12. Parzellenaus- wahl für das MuMCSP (P = 12) . . . 182
4.13. Kompromiss- modell MuMCSP (P = 12) . . . 185
4.14. Pareto-optimale Lösungen MuMCSP (P = 12) . . . 185
4.15. Parzellenaus- wahl für das MuMCSP-V (P = 11) . . . 186
4.16. Parzellenaus- wahl für das MuMCSP-V (P = 12) . . . 186
4.17. Pareto-optimale Lösungen MuMCSP-V (P = 12) . . . 189
4.18. Zielfunktionswerte für das MuMCSP-V in Abhängigkeit der Gewichtung (P = 12) . . . 189
4.19. Statische und dynamische Betrachtung . . . 190
4.20. Keine Übertragung der Parzellen . . . 193
4.21. Unterschied der beiden Variablenxtj undztj . . . 194
4.22. Übertrag nicht verwendeten Budgets . . . 198
4.23. Parzellenauswahl für das DyMuSSCP . . . 212
4.24. Pareto-optimale Lösungen DyMuSSCP . . . 215
4.25. Graph für das DyMuSSCP-V . . . 216
4.26. Pareto-optimale Lösungen DyMuSSCP-V . . . 220
4.27. Parzellenauswahl für das DyMuMCSP (P = 11) . . . 221
4.28. Parzellenauswahl für das DyMuMCSP (P = 12) . . . 221
4.29. Pareto-optimale Lösungen DyMuMCSP . . . 224
4.30. Parzellenauswahl für das DyMuMCSP-V (P = 11) . . . 225
4.31. Parzellenauswahl für das DyMuMCSP-V (P = 12) . . . 225
4.32. Pareto-optimale Lösungen DyMuMCSP-V . . . 228
5.1. Visualisierung des Anwendungsbeispiels . . . 232
5.2. Vorgehen Algorithmus . . . 234
5.3. Erste a posteriori Analyse . . . 235
5.4. Zweite a posteriori Analyse . . . 235
5.5. Ergebnis für das DyMuSSCP . . . 237
5.6. Ergebnis für das DyMuSSCP-V . . . 239
5.7. Ergebnis für das DyMuSSCP nach erster a posteriori Analyse 240 5.8. Ergebnis für das DyMuSSCP nach zweiter a posteriori Ana- lyse . . . 240
5.9. Ergebnis für das DyMuSSCP-V nach erster a posteriori Ana- lyse . . . 241
5.10. Ergebnis für das DyMuSSCP-V nach zweiter a posteriori Ana-
lyse . . . 241
5.11. Ergebnis für das DyMuMCSP mitP = 26 . . . 243
5.12. Ergebnis für das DyMuMCSP mitP = 30 . . . 243
5.13. Ergebnis für das DyMuMCSP-V mitP = 26 . . . 244
5.14. Ergebnis für das DyMuSSCP mitP = 30 . . . 244
5.15. Ergebnis für das DyMuMCSP mitP = 26 nach erster a pos- teriori Analyse . . . 245
5.16. Ergebnis für das DyMuMCSP mit P = 26 nach zweiter a posteriori Analyse . . . 245
5.17. Ergebnis für das DyMuMCSP fürP = 30 nach erster a pos- teriori Analyse . . . 246
5.18. Ergebnis für das DyMuMCSP mitP = 30 zweiter a posteriori Analyse . . . 246
5.19. Ergebnis für das DyMuMCSP-V mit P = 26 nach erster a posteriori Analyse . . . 247
5.20. Ergebnis für das DyMuMCSP-V mitP = 26 nach zweiter a posteriori Analyse . . . 247
5.21. Ergebnis für das DyMuMCSP-V mit P = 30 nach erster a posteriori Analyse . . . 247
5.22. Ergebnis für das DyMuMCSP-V mitP = 30 nach zweiter a posteriori Analyse . . . 247
2.1. Vernetzungsszenarien . . . 29
2.2. α-,β- undγ-Diversität . . . 42
2.3. Relevante Faktoren für die weitere Betrachtung . . . 52
3.1. Überdeckung LSCP . . . 81
3.2. Überdeckung MCLP (P = 3) . . . 84
3.3. Überdeckung MCLP (P = 2) . . . 84
3.4. Überdeckung MCLP aller Knoten (P = 1) . . . 86
3.5. Informationen der Artenvorkommen je Parzelle . . . 94
3.6. Überdeckung MCSP (P = 8) . . . 99
3.7. Überdeckung der Knoten (P = 1) . . . 99
3.8. Überdeckung BSSCP . . . 102
3.9. Überdeckung MuSSCP . . . 103
3.10. Mögliche Variationen des MuMCSP . . . 107
3.11. Überdeckung BMCSP (P = 8) . . . 109
3.12. Überdeckung MuMCSP (P = 9) . . . 109
3.13. Exakte Verfahren und Näherungsverfahren . . . 111
4.1. Erläuterung der verwendeten Symbole in Tabelle 4.2 . . . 131
4.2. Literaturüberblick nach ausgewählten Eigenschaften . . . 132
4.3. Übersicht der verwendeten Symbole zum Mindestlebensrau- manspruch (Variante 1) . . . 138
4.4. Spezies der Parzellen 1 und 2 . . . 145
4.5. Berechnung vonγj . . . 156
4.6. Zusammenfassung der Restriktionen für das MuSSCP . . . 162
4.7. Zusammenfassung der Restriktionen für das MuMCSP . . 166
4.8. Einrichtungs- und Betriebskosten . . . 169
4.9. Parzellenfläche in ha . . . 169
4.10. Mindestlebensraumanspruch der Arten in ha . . . 169
4.11. Übersicht der Forderungen für das MuSSCP . . . 172
4.12. Veränderungen der ParameterFαundFc für das MuSSCP 173 4.13. Separate Betrachtung der Ziele im MuSSCP . . . 174
4.14. Auflistung verschiedener Gewichtungen für das MuSSCP . 176
4.15. Übersicht der Forderungen für das MuSSCP-V . . . 177
4.16. Veränderungen der Parameter Fα,Fc und Fρ für das MuSSCP-V . . . 177
4.17. Separate Betrachtung der Ziele im MuSSCP-V . . . 178
4.18. Auflistung der Szenarien für das MuSSCP-V . . . 181
4.19. Übersicht der Forderungen für das MuMCSP . . . 182
4.20. Veränderungen der ParameterFα undFc im MuMCSP . 183 4.21. Separate Betrachtung der Ziele im MuMCSP (P = 12) . . 184
4.22. Auflistung verschiedener Gewichtungen für das MuMCSP (P = 12) . . . 185
4.23. Übersicht der Forderungen für das MuMCSP-V . . . 186
4.24. Veränderungen der ParameterFα,Fc undFρ für das MuM- CSP-V . . . 187
4.25. Separate Betrachtung der Ziele im MuMCSP-V (P = 12) . 187 4.26. Auflistung der Szenarien für das MuMCSP-V (P = 12) . . 189
4.27. Zusammenfassung der Restriktionen für das DyMuSSCP . 204 4.28. Zusammenfassung der Restriktionen für das DyMuMCSP 208 4.29. Einrichtungs- und Betriebskosten . . . 210
4.30. Übersicht der Forderungen für das DyMuSSCP . . . 212
4.31. Parzellenauswahl für das DyMuSSCP . . . 213
4.32. Kosten und Budget für das DyMuSSCP . . . 213
4.33. Parzellenauswahl für das DyMuSSCP (ohnestmax) . . . 213
4.34. Kosten und Budget für das DyMuSSCP (ohnestmax) . . . 213
4.35. Budgetübertrag für das DyMuSSCP . . . 214
4.36. Separate Betrachtung der Ziele im DyMuSSCP . . . 214
4.37. Ungewichtete partielle Zielfunktionswerte bei separater Be- trachtung der Ziele im DyMuSSCP . . . 214
4.38. Übersicht der Forderungen für das DyMuSSCP-V . . . 216
4.39. Parzellenauswahl für das DyMuSSCP-V . . . 217
4.40. Kosten & Budget für das DyMuSSCP-V . . . 217
4.41. Parzellenauswahl für das DyMuSSCP-V (ohnestmax) . . . 218
4.42. Kosten & Budget für das DyMuSSCP-V (ohnestmax) . . . 218
4.43. Budgetübertrag für das DyMuSSCP-V . . . 218
4.44. Separate Betrachtung der Ziele im DyMuSSCP-V . . . 219 4.45. Ungewichtete partielle Zielfunktionswerte bei separater Be-
trachtung der Ziele im DyMuSSCP-V . . . 219 4.46. Übersicht der Forderungen für das DyMuMCSP . . . 221 4.47. Parzellenauswahl für das DyMuMCSP (P = 12) . . . 222 4.48. Kosten und Budget für das DyMuMCSP (P = 12) . . . 222 4.49. Parzellenauswahl für das DyMuMCSP (P = 12, ohnestmax) 223 4.50. Kosten & Budget für das DyMuMCSP (P = 12, ohnestmax) 223 4.51. Budgetübertrag für das DyMuMCSP (P = 12) . . . 223 4.52. Separate Betrachtung der Ziele im DyMuMCSP (P = 12) . 223 4.53. Ungewichtete partielle Zielfunktionswerte bei separater Be-
trachtung der Ziele im DyMuMCSP (P = 12) . . . 224 4.54. Übersicht der Forderungen für das DyMuMCSP-V . . . . 225 4.55. Parzellenauswahl für das DyMuMCSP-V (P = 12) . . . 226 4.56. Kosten und Budget für das DyMuMCSP-V (P = 12) . . . 226 4.57. Parzellenauswahl für das DyMuMCSP-V (P = 12, ohnestmax) 226 4.58. Kosten & Budget für das DyMuMCSP-V (P = 12, ohnestmax) 226 4.59. Budgetübertrag für das DyMuMCSP-V (P = 12) . . . 226 4.60. Separate Betrachtung der Ziele im DyMuMCSP-V (P = 12) 227 4.61. Ungewichtete partielle Zielfunktionswerte bei separater Be-
trachtung der Ziele im DyMuMCSP-V (P = 12) . . . 228 5.1. Inputdaten für das realitätsnahe Anwendungsbeispiel . . . 236 5.2. Ergebnisse des DyMuSSCP . . . 236 5.3. Ergebnisse des DyMuSSCP-V . . . 239 5.4. Herstellung eines Biotopverbundes für das DyMuSSCP . . 240 5.5. Herstellung eines Biotopverbundes für das DyMuSSCP-V 241 5.6. Ergebnisse des DyMuMCSP . . . 242 5.7. Ergebnisse DyMuMCSP-V . . . 243 5.8. Herstellung eines Biotopverbundes für das DyMuMCSP . 245 5.9. Herstellung eines Biotopverbundes für das DyMuMCSP-V mit
P = 26 . . . 246 5.10. Herstellung eines Biotopverbundes für das DyMuMCSP-V mit
P = 30 . . . 246
ABS . . . Gerechter Vorteilausgleich aus der Nutzung genetischer Ressourcen, Access and Benefit Sharing
BCP . . . Backup Covering Problem BfN . . . Bundesamt für Naturschutz
BMCSP . . . Backup Maximal Covering Species Problem BNatSchG . . . Gesetz über Naturschutz und Landschaftspflege BRD . . . Bundesrepublik Deutschland
BSCP . . . Backup Species Covering Problem BSSCP . . . Backup Species Covering Problem
BUND . . . Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland e. V.
CBD . . . Übereinkommen über die biologische Vielfalt, Convention on Biological Diversity
CITES . . . Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora
CP . . . Covering Problem
DDR . . . Deutsche Demokratische Republik
DyMuMCSP . . . . Dynamisches Multi Maximal Covering Species Problem DyMuMCSP-V . Variante des dynamischen Multi Maximal Covering Spe-
cies Problems
DyMuSCP . . . Dynamisches Multi Species Covering Problem DyMuSSCP . . . . Dynamisches Multi Species Set Covering Problem DyMuSSCP-V . . Variante des dynamischen Multi Species Set Covering
Problems
EFF . . . Europäischer Fischereifonds
EFRE . . . Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
ELER . . . Europäischer Landwirtschaftsfonds für die Entwicklung des ländlichen Raums
ESF . . . Europäischer Sozialfonds EU . . . Europäische Union f. A. . . für diesen Absatz
FFH . . . Fauna-Flora-Habitat GE . . . Geldeinheiten
GIS . . . Geoinformationssystem ha . . . Hektar
LANUV NRW . . Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen
LCP . . . Location Covering Problem LE . . . Längeneinheit
LIFE . . . Finanzierungsinstrument für die Umwelt LSCP . . . Location Set Covering Problem
MCLP . . . Maximal Covering Location Problem MCP . . . Maximal Covering Problem
MCSP . . . Maximal Covering Species Problem MuCP . . . Multi Covering Problem
MuLCP . . . Multi Location Covering Problem
MuMCSP . . . Multi Maximal Covering Species Problem
MuMCSP-V . . . . Variante des Maximal Covering Species Problems MuSCP . . . Multi Species Covering Problem
MuSSCP . . . Multi Species Set Covering Problem
MuSSCP-V . . . Variante des Multi Species Set Covering Problems MVP . . . Konzept der minimalen überlebensfähigen Population NRW . . . Nordrhein-Westfalen
NSG . . . Naturschutzgebiet
SAC . . . Special Areas of Conversation SAT . . . Satisfiability
SCP . . . Species Covering Problem SPA . . . Special Protected Areas SSCP . . . Species Set Covering Problem U. S. . . United States
USA . . . Vereinigte Staaten von Amerika VSG . . . Vogelschutzgebiet
WA . . . Washingtoner Artenschutzabkommen WWF . . . World Wide Fund for Nature
Indizes
i . . . Index der Art bzw. der Nachfrage j . . . Index der Parzelle bzw. des Standortes t . . . Index des Zeitintervalls
T . . . Index des letzten Zeitintervalls
Altgriechische Minuskeln und Majuskeln
γj . . . Parameter für den Kehrwert des Knotengrades der Parzel- lej
δij . . . Distanz zwischen Knoteniund Knotenj δrji . . . Nachbarschaft von Parzellerundj für Arti
δrjic . . . potenzielle Nachbarschaft von Parzellerundj für Arti
∆i . . . Matrix der Nachbarschaft für Arti
∆ic . . . Matrix der potenziellen Nachbarschaft für Arti ζij . . . Existenz von Artiin Parzellej
Z . . . Presence-Absence Matrix ϑ . . . Präferenzrate
ϑ−t . . . Präferenzfaktor κj . . . Kosten der Parzellej
κej . . . Einrichtungskosten der Parzellej
κetj . . . Einrichtungskosten der Parzellej in Zeitintervallt κℓj . . . Betriebskosten der Parzellej
κℓtj . . . Betriebskosten der Parzellej in Zeitintervall t
κcrj . . . Kosten für die Einrichtung eines Vernetzungselementes zwischen Parzellerundj
λrj . . . potenzielle Adjazenz von Parzellerundj Λ . . . Matrix der potenziellen Adjazenz
µij . . . geeigneter Lebensraum für Art iin Parzellej M . . . Matrix des geeigneten Lebensraumes
N . . . Menge der natürlichen Zahlen
ξij . . . Standortj erreicht Nachfrageriin UB Ξ . . . Erreichbarkeitsmatrix
ρrj . . . Adjazenz von Parzeller undj P . . . Adjazenzmatrix
ϕij . . . Individuenzahl von Artiin Parzellej Φ . . . Matrix der Individuenzahl
ψj . . . Fläche in ha von Parzellej
ωrj . . . Wert der Komplementarität von Parzellerundj
Weitere Symbole
Ai . . . Mindestfläche in ha für Arti B . . . Budget
Bt . . . Budget in Zeitintervallt d(v) . . . Knotengrad
E . . . Menge der Kanten Fα . . . Gewichtungsfaktor
Fc . . . Gewichtungsfaktor für die Errichtung von Vernetzungsele- menten
Fρ . . . Gewichtungsfaktor für eine paarweise Vernetzung zweier Parzellen
Fω . . . mindestens zu erreichender Komplementaritätswert im ge- samten Schutzgebiet
G . . . Graph
Hi . . . Mindestanzahl der Individuen von Art i im gesamten Schutzgebiet
Ki . . . Arti muss mindestens inKi Parzellen geschützt werden P . . . Anzahl an maximal einzurichtenden Parzellen bzw. Stand-
orten
Q+\ {0} . . . Menge der positiven rationalen Zahlen ohne Null R . . . Menge der reellen Zahlen
R+ . . . Menge der positiven reellen Zahlen einschließlich Null stmax . . . Begrenzung der Budgetübertragung in Zeitintervallt Ui . . . angestrebteUi-fache Überdeckung von Arti
UB . . . einzuhaltende Maximalentfernung V . . . Menge der Knoten
Z . . . Menge der ganzen Zahlen
Z+ . . . Menge der positiven ganzen Zahlen einschließlich Null
Variable
frj . . . Variable für die Linearisierung der Binärvariablenxrund xj
st . . . Speichervariable für nicht verwendetes Budget in Zeitin- tervallt
vij . . . Variable für die Einhaltung des Mindestlebensraumes von Arti
xj . . . Variable zur Auswahl einer Parzelle j bzw. eines Stand- ortesj
xtj . . . Variable zur Auswahl einer Parzellej in Zeitintervallt xrj . . . Variable für die Errichtung eines Vernetzungselementes
zwischen Parzellerundj
xtrj . . . Variable für die Errichtung eines Vernetzungselementes zwischen Parzellerundj in Zeitintervallt
yi . . . Variable zur Überdeckung der Artibzw. der Nachfragei yi . . . Variable für eine Nichtüberdeckung der Arti
yti . . . Variable zur Überdeckung der Artiin Zeitintervallt ztj . . . Variable zur Auswahl einer Parzellej in Zeitintervallt
Die Natur ist ein schützenswerter Raum, der auch für die Gesellschaft ei- nen hohen wirtschaftlichen Nutzen bringt, obwohl dies den meisten Menschen nicht wirklich bewusst ist. Aus diesem Grund ist sie schon aus ökonomischem Interesse schützenswert. Durch die massiven Eingriffe der Menschen in die Na- tur ist diese jedoch stark gefährdet. Seit etwa 100 Jahren ist eine rückläufige Entwicklung in der Natur zu erkennen. Beispielsweise wurde im Oktober 2018 von der Umweltstiftung World Wide Fund for Nature (WWF) und der zoologi- schen Gesellschaft London der „Living Planet Report 2018“ vorgestellt. Laut diesem Report würden für den jetzigen natürlichen Ressourcenverbrauch der Menschheit 1,7 Erden benötigt, da mehr natürliche Ressourcen verbraucht werden als die Erde regenerieren kann (vgl. WWF Deutschland 2018, S. 11).
Bei der Untersuchung von insgesamt 4005 Tierarten wurde festgestellt, dass zwischen 1970 und 2014 die Tierbestände im Schnitt um 60 % gesunken sind (vgl. WWF 2018, S. 90). Vor dem Hintergrund derartiger Tendenzen sind schnellstmöglich Gegenmaßnahmen zu ergreifen, um die Natur zu erhalten und um diesen Entwicklungen gegenzusteuern. Dieser Aufgabe widmet sich der Naturschutz.
Dieses Kapitel ist in insgesamt drei Abschnitte gegliedert. Der erste mo- tiviert die Themenstellung und die Gründe für die Themenwahl. Der zweite Abschnitt präsentiert das in dieser Arbeit verfolgte Ziel und der dritte Ab- schnitt beschreibt den Aufbau dieser Arbeit.
1.1. Motivation
Jedes Jahr wird das „Tier des Jahres“ gewählt, um die Öffentlichkeit auf seine Gefährdung und seine Bedrohung durch den Menschen aufmerksam zu machen und dahingehend das Bewusstsein der Menschen zu schärfen (vgl.
Deutsche Wildtier Stiftung 2018). „Wildtiere brauchen eine Stimme, damit ihr Überleben langfristig gesichert werden kann“ (Deutsche Wildtier Stiftung 2018). Im Jahr 2017 war die Haselmaus Tier des Jahres und im Jahr 2018 die Wildkatze, die auch in Kapitel5 im Fokus der Betrachtung steht.
Die Natur ist durch den Menschen stärker denn je bedroht. Wenn dieses sensible Wirkungsgefüge aus dem Gleichgewicht gerät, sind die Folgen schwer abzuschätzen (vgl. Kaule 1991, S. 17). In Anbetracht dessen, dass die öko- logische Funktionsfähigkeit der Natur die Grundlage der gesellschaftlichen Existenzsicherung ist, sind Maßnahmen für ihren Erhalt unabdingbar (vgl.
Mannsfeld 2006, S. 186).
In Deutschland finden von ca. 50.000 vorkommendenArteninsgesamt nur 300 bis 500 Verwendung für den Menschen (z. B. im Bereich der Landwirt- schaft). Es stellt sich die Frage, ob die anderen Arten überhaupt nützlich sind. Eine Antwort darauf kann nicht gegeben werden. Allerdings spricht vie- les dafür, dass im Naturhaushalt keine entbehrlichen Arten existieren. Der Begriff Naturhaushalt beinhaltet die Wechselwirkungen von Umwelt und Na- tur hinsichtlich aller Bestandteile, die sich inabiotischeundbiotischeSchutz- güter unterscheiden lassen. Eine Analyse, inwieweit der Verlust von Arten Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit der Natur besitzt oder inwieweit ihr nur ein sogenannter Verlustwert zukommt, ist nicht oder nur sehr schwer nachzuweisen. Problematisch ist, dass jede Art auf entsprechende Umweltein- flüsse anders reagiert. Daher werden Probleme oft erst spät erkannt, nämlich dann, wenn die Auswirkungen den Menschen betreffen (vgl. für diesen Absatz Kaule 1991, S. 14 ff.). Als Beispiel sei der Pestizideinsatz, wie z. B. Glyphosat des amerikanischen Konzerns Monsanto, der durch die Bayer AG übernom- men wurde, in der Landwirtschaft angeführt, der negative gesundheitliche Folgen auslösen kann.
Im Folgenden wird näher auf den Naturschutz sowie die Naturschutz- planung eingegangen. Danach werden Bedrohungen thematisiert und zuletzt Schlussfolgerungen formuliert.
1.1.1. Naturschutz & Naturschutzplanung
Der Begriff Naturschutz umfasst die Gesamtheit von Maßnahmen, die zum Schutz, zur Erhaltung sowie zur Wiederherstellung des Naturhaushal- tes dienen (vgl. Schaefer 2012, Brechner et al. 2013b). Da der Naturhaushalt die Lebensgrundlage der Menschen darstellt, ist dessen Sicherung von größ- ter Relevanz. Dies alleine motiviert die fundamentale Wichtigkeit des Na- turschutzes. Zu den Maßnahmen des Naturschutzes zählen u. a. der Arten-
und Biotopschutz. Als Biotope werden Lebensräume1 klassifiziert. Der Bio- topschutz befasst sich demnach mit der Analyse und dem Schutz von Flächen.
Der Artenschutz betrachtet einzelne Arten und versucht deren notwendigen Lebensbedingungen wiederherzustellen (vgl. Jedicke 1994, S. 21 f.).
Das Beziehungsgefüge von Naturschutzanforderungen stellt ein komplexes System dar, welches der Mensch bis heute noch nicht vollständig analysieren konnte (vgl. Kaule 1991, S. 191). Erste Naturschutzvorhaben legten den Fo- kus alleine auf die Betrachtung einzelner Arten, die aufgrund ihrer Attrak- tivität und ihrer Gefährdung ausgewählt wurden. Die Einschätzung der Ge- fährdung erfolgte und erfolgt heute noch durch sogenannteRote Listen, die Artenverzeichnisse für verschiedene Gebiete auf der Ebene von Bundeslän- dern, auf nationaler, internationaler sowie weltweiter Ebene darstellen. Das verfolgte Ziel war die Erhaltung, also der konservierende Zustand dieser Ar- ten, beispielsweise durch Wiederansiedlungen (vgl. für diesen Absatz Kaule 1991, S. 188–193, 198, Jedicke 1994, S. 21 f., Succow et al. 2012, S. 26, 29, 46 f.).
Diese Herangehensweise an den Naturschutz offenbarte sich jedoch als unzu- reichend und es folgte die Einsicht, dass längerfristiger Artenschutz nur durch die Erhaltung entsprechender Biotope erreicht werden kann (vgl. Kaule 1991, S. 188 f.). Folglich sollten die Konzepte des Arten- und Biotopschutzes nicht eigenständig, sondern im Zusammenhang gesehen werden, denn jedes für sich ermöglicht keinen effektiven Naturschutz (vgl. Jedicke 1994, S. 22). Um Arten- und Biotopschutz umzusetzen, könnenNaturschutzgebiete2 etabliert werden.
Da diese Gebiete unter besonderem Schutz stehen, bleiben die darin enthal- tenden Arten und deren Lebensräume erhalten.
Nach diesen anfänglichen Bemühungen folgte die Erkenntnis, dass die Auswir- kung von räumlichen Aspekten Berücksichtigung finden sollten. Beispielswei- se erweist es sich als förderlich, wenn isolierte Naturschutzgebiete kohärent (vgl. Kaule 1991, S. 31–35, Jedicke 1994, S. 20 f.), d. h. zusammenhängend, gestaltet werden. Kohärente Gebiete zeichnen sich dadurch aus, dass eine
1 Ein Überblick über die verschiedenen Biotoptypen Deutschlands ist in Pott (1996) auf- geführt.
2 Laut § 23 Gesetz über Naturschutz und Landschaftspflege (BNatSchG) sind „Na- turschutzgebiete [. . . ] rechtsverbindlich festgesetzte Gebiete, in denen ein besonderer Schutz von Natur und Landschaft in ihrer Ganzheit oder in einzelnen Teilen erforder- lich ist [. . . ]“ (BNatSchG 2009, § 23 Abs. 1).
Verbindung zwischen diesen besteht.
Gesondert sollen hier die sogenanntenKulturlandschaften Erwähnung fin- den. Diese sind durchanthropogeneEinflüsse, d. h. durch menschliches Han- deln verursacht, entstanden. Die Heidelandschaft stellt z. B. eine solche dar.
Durch die Schaffung dieser Lebensräume entsteht eine veränderte und an den Lebensraum angepasste Artenzusammensetzung. Da diese Kulturlandschaf- ten bereits seit längerer Zeit bestehen und somit auch an diese Landschaften angepasste Arten existieren, kann der Naturschutz ohne die Betrachtung von Kulturlandschaften nicht erfolgreich sein. Viele Arten wären ohne die Kultur- maßnahmen nicht in relevanter Anzahl vorhanden. Daher sindPflegemaßnah- men durchzuführen, damit derRaumanspruchder Arten erhalten bleibt. Als eine Pflegemaßnahme kann z. B. dieMahd genannt werden, die das Mähen von Gras oder Getreide umfasst. Der Naturschutz sollte durch strategische und systematische Handlungen geprägt sein, da ein planloses Ausweisen von Naturschutzgebieten alleine nicht zum gewünschten Erfolg führt (vgl. für die- sen Absatz Mannsfeld 2006, S. 185).
Eine gesamtheitliche Betrachtung von Naturschutzanforderungen ist daher von Nöten. Aus diesem Grund ist eine systematische Planung von Natur- schutzgebieten unter Einbezug einer ökologisch fundierten Raumplanung not- wendig (vgl. Bächtold & Schmid 1995, S. 243). Dieser Aufgabe widmet sich die Naturschutzplanung, um Naturschutzgebiete umzusetzen und zu fördern, da diese i. d. R. „[...] in einer oft intensiv genutzten Produktionslandschaft [isoliert] liegen und Außeneinflüssen, wie [beispielsweise] Luftverschmutzung [...], unterliegen“ (Bächtold & Schmid 1995, S. 243). Zu sonstigen Maßnah- men des Naturschutzes neben Arten- und Biotopschutz zählt auch der Schutz knapper Ressourcen, beispielsweise durch einenachhaltige Nutzung.
Die Planung von Naturschutzgebieten kann durch quantitative Methoden, z. B. durch die zu Hilfenahme von Standortplanungsmodellen (vgl. Kapitel 3), entscheidungsorientiert unterstützt werden.
1.1.2. Das Damoklesschwert der Natur
Die Bedrohungen der Natur durch den Menschen sind vielfältig. In diesem Abschnitt werden nur einige wenige Aspekte aufgegriffen und kurz beschrie- ben. Zu Bedenken ist dabei, dass diese Argumente separat aufgeführt werden,
aber in einem Beziehungsgefüge stehen. Sie bilden die Grundlage dafür, dass Naturschutz überhaupt betrieben werden muss, da sie die Natur auf lange Sicht zerstören und durch das Beziehungsgefüge die destruierenden Effekte verstärkt werden. Die Folgen der Naturzerstörung treten zumeist schleichend auf, so dass das Prinzip von Ursache-Wirkung oft nicht in Beziehung dazu gesetzt werden kann.
Lebensraumzerstörung & Entwaldung
Die Weltbevölkerung lag im Jahr 1950 bei ca. 2,5 Milliarden Menschen und 2017 bei ca. 7,5 Milliarden (vgl. United Nations 2017, S. 23). Demnach ist die Anzahl um 5 Milliarden Menschen gestiegen. Für das Jahr 2100 werden insgesamt 11 Milliarden Menschen prognostiziert (vgl. United Nations 2017, S. 23). Dieses rasante Wachstum der Weltbevölkerung geht mit einer Lebens- raumzerstörung der Natur einher. Die Urbanisierung schreitet immer weiter voran, da immer mehr Menschen Raum zum Leben benötigen. Eng verzahnt ist damit die Lebensmittelproduktion oder die Stromerzeugung, durch die die Natur einmal durch den Bau bzw. durch den Abbau und einmal durch den damit verbundenen Schadstoffausstoß, z. B. bei der Stromgewinnung, zerstört wird. Bei Lebensraumzerstörung werden u. a. Waldflächen gezielt zu anderen Nutzungsflächen umgewandelt, was als sogenannte Entwaldung bezeichnet wird. Dies geschieht oft durch Rodung. Dadurch wird die Natur zerstört und die Lebensräume der Arten sowie die Arten selbst verschwinden.
Im Jahr 1990 gab es weltweit insgesamt 4,128 Milliarden Hektar Waldfläche, was ungefähr einer Fläche von 31,6 % der gesamten globalen Landfläche ent- sprach. Bis zum Jahr 2015 hat sich die Waldfläche um 129 Millionen Hektar dezimiert (vgl. FAO 2015, S. 3).
Übermäßiger Ressourcenverbrauch
Der übermäßige Ressourcenverbrauch ist durch eine übermäßige Nut- zung der Menschen ohne Rücksicht auf daraus resultierende Folgeschäden gekennzeichnet (vgl. WWF Deutschland 2018, S. 11). Durch diese sogenann- te „Übernutzung“ kann der Prozess der sogenanntenEutrophierung (Anrei- cherung von Nährstoffen, wie Phosphor oder Stickstoff) beginnen. Die Eu- trophierung von Gewässern z. B. entsteht durch den Zufluss von Abwasser
sowie den Eintrag aus intensiv gedüngten Agrarflächen (vgl. Kaule 1991, S. 17). Die Folgen äußern sich in einem ungewollten Wachstum von be- stimmten Wasserpflanzen, wodurch der Sauerstoffverbrauch in den Gewäs- sern steigt. Dadurch verändert sich der Lebensraum. Vorher angepasste Ar- ten sind nicht mehr überlebensfähig und werden verdrängt. Die Artenzusam- mensetzung verschiebt sich dadurch. Zwei weitere Faktoren der „Übernut- zung“ stellen die sogenannte „Überweidung“ und „Überfischung“ dar. Die Überweidung entsteht durch eine zu starke Beanspruchung der krautartigen Pflanzendecke einer Weide. Folgen sind strukturelle Veränderungen der Na- tur, wie z. B. Heidelandschaften, da die Beanspruchung der Pflanzendecke höher ist als ihre Regenerationsfähigkeit. Die Überfischung erfolgt durch das Fangen von Fischen in einem solchen Ausmaß, dass die Fangrate die Ver- mehrungsrate der Fische übersteigt. Hierdurch können sich die Fischbestän- de nicht mehr regenerieren, wodurch die Bestände der Fischarten zurückge- hen bis hin zum Aussterben einzelner Fischarten (vgl. Kaule 1991, S. 17).
Diesem übermäßigen Ressourcenverbrauch steht der Ansatz der Sustaina- bility bzw. Nachhaltigkeit gegenüber (vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung 2014, Kiefhaber 2017, World Business Council for Sustaina- ble Development 2018) (vgl. Abschnitt2.2).
Invasive Arten
Durch den menschlichen Einfluss wurden gebietsfremde (invasive) Arten entweder beabsichtigt oder unbeabsichtigt eingebracht und gefährden durch eine Ausbreitung die Lebensräume heimischer (indigener) Arten (vgl. Jedicke 1994, S. 17 f.). Ihnen werden u. a. Schäden in der Land- und Forstwirtschaft zugeschrieben, da sich neuartige Schädlinge oder Unkräuter verbreiten. Die Auswirkungen können auch direkt den Menschen betreffen z. B. durch die Verbreitung von Krankheiten oder die Auslösung von Allergien.
Diese hier aufgeführten Aspekte begründen die Notwendigkeit des Na- turschutzes und stellen daher Bedrohungen für die Natur dar, denn ohne den Eingriff der Menschen in die Natur wäre Naturschutz nicht nötig. Die Bedrohungen der Natur – ohne Anspruch auf Vollständigkeit – stellen nur einen kleinen Einblick in das komplexe System dar. Die hier aufgeführten Aspekte stehen nicht für sich alleine, sondern sind alle miteinander verzahnt.
Daher sollte versucht werden, entsprechende Maßnahmen im Hinblick auf die gesamten Folgen bestmöglich abzuschätzen und dementsprechend dar- aus Handlungsempfehlungen abzuleiten. Eine systematische Herangehenswei- se kann diesen Prozess erheblich erleichtern. Das in dieser Arbeit vorgestellte Konzept bezieht sich nur auf einen Teilbereich des Naturschutzes. Es zielt auf eine systematisierte Planung von Naturschutzgebieten ab.
1.1.3. Resultierende Ableitungen
Die Bedrohungen der Natur sind vielfach anthropogener Herkunft. Da- mit zerstört der Mensch seine eigene Lebensgrundlage – die Natur –, was, auf lange Sicht gesehen, nicht zielführend sein kann. Mögliche resultierende Folgen sind nur begrenzt absehbar. Bedingt ist dies durch die Komplexität naturbezogener Prozesse, deren vollständige Analyse bis dato nicht erreicht werden konnte. Hier sei beispielsweise der Verlust einer kompletten Art an- geführt. Dies kann massive Veränderungen in der Natur hervorrufen, welche allerdings erst auf lange Sicht – wenn überhaupt – beobachtbar sind. Die Umsetzung schützender Maßnahmen für die Natur ist unabdingbar für den Erhalt des Planeten und das Fortbestehen der Menschheit. Ein Umdenken der Menschen diesbezüglich ist geboten. Die Natur sollte nicht als selbstverständ- lich betrachtet, sondern als Lebensgrundlage wahrgenommen werden. Zu er- greifende schützende Maßnahmen des Naturschutzes sind dabei insbesondere der Biotopschutz, dessen Umsetzung zum Artenschutz bzw. zur Arterhaltung beiträgt.
Nachfolgende Ableitungen ergeben sich aus den vorangehenden Darstel- lungen:
1. Der Mensch stellt eine Bedrohung für die Natur dar und muss gegenüber Maßnahmen des Naturschutzes sensibilisiert werden.
2. Heutige Generationen haben eine Verantwortung gegenüber zukünfti- gen Generationen. Dementsprechend darf die Umsetzung schützender Maßnahmen für die Natur nicht auf zukünftige Generationen umge- wälzt werden.
3. Zu den zu ergreifenden Maßnahmen zählen insbesondere Biotop- und Artenschutz.
4. Ein planloses Durchführen von Naturschutzmaßnahmen ist nicht effek-
tiv. A priori ist eine gründliche diesbezügliche Analyse zu vollziehen.
5. Weitere Forschung für ein besseres Verständnis naturbezogener Prozes- se und Wechselwirkungen ist imperativ.
1.2. Ziel dieser Arbeit
Der Naturschutz umfasst viele zu berücksichtigende Facetten. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Naturschutzplanung. Diese birgt ein Verbesserungs- potenzial durch Zuhilfenahme quantitativer Ansätze, die den Prozess der Na- turschutzplanung entscheidungsorientiert unterstützen können. Zu beachten sind u. a. Aspekte, wie die Vernetzung von Schutzgebieten über Verbund- strukturen, die Planung und Sicherung der Lebensräume der Arten, so dass diese langfristig unter möglichst natürlichen Bedingungen überleben können (vgl. EUROPARC Deutschland 2010, S. 51). Vor der eigentlichen Naturschutz- planung stehen Analysen, wie Bestandsgrößen, Raumansprüche, populations- biologische Aspekte oder auch die Habitatqualität etc. Diese Analysen sind von entsprechenden Experten durchzuführen. Relevant ist eine Zusammen- arbeit dieser Experten mit Modellentwicklern, so dass ein Modell formuliert wird, das die Standpunkte beider Seiten berücksichtigt und einbezieht (vgl.
Abbildung1.1). Hervorzuheben ist, dass eine interdisziplinäre Zusammenar- beit gezielt gefördert werden muss, damit eine umfassende und zielgerichtete Planung erfolgen kann3.
Modell- entwickler
Experten im Naturschutz
integratives Modell
Abbildung 1.1.: Interdisziplinäre Zusammenarbeit .
Die vorliegende Arbeit entwickelt für zwei Modelltypen eine Erweiterung
3 Das Bundesamt für Naturschutz veranstaltet und fördert in regelmäßigen Abständen die Tagung: „Interdisziplinäre Wissenschaftstagung zur Biodiversitätsforschung im Rah- men des UN-Übereinkommens über die biologische Vielfalt“.
der bisherigen Betrachtungen. Des Weiteren werden relevante Anforderungen des Naturschutzes modelltheoretisch erarbeitet und zuletzt um eine dynami- sche Perspektive in der Naturschutzplanung ergänzt, so dass eine systemati- sche Naturschutzplanung unterstützt wird.
Weiterhin verfolgt die Arbeit als wünschenswertes Nebenziel, eine Bewusst- seinsschärfung des Lesers für die Relevanz der Natur.
1.3. Aufbau dieser Arbeit
Kapitel2„Einführung in die Naturschutzplanung“ beginnt mit einer histo- rischen Entwicklung der Thematik, gefolgt von Argumenten, die für den Na- turschutz sprechen. Danach werden relevante Anforderungen im Bereich der Naturschutzplanung thematisiert. Eine Verknüpfung des Naturschutzgedan- kens mit quantitativen Ansätzen wird anschließend hergestellt und die Ent- wicklung von Verfahren in der Naturschutzplanung aufgeführt. Zum Schluss werden Voraussetzungen für eine Anwendung quantitativer Ansätze präsen- tiert. An dieser Stelle ist anzumerken, dass der Naturschutz viele unterschied- liche Ansatzpunkte beinhaltet, die in dieser Arbeit nur angerissen werden können.
Kapitel 3 „Covering Probleme“ stellt Modelle der Standortplanung vor und überträgt diese auf den Bereich der Naturschutzplanung. Der erste Ab- schnitt beschäftigt sich mit Modellen der Standortplanung, den Location Co- vering Problemen. Der zweite Abschnitt behandelt Modelle aus dem Bereich der Naturschutzplanung, die sogenannten Species Covering Probleme. In bei- den Abschnitten erfolgt eine Einführung in die Problemstellung. Es werden zwei Grundmodelle in der Standortplanung, das Set und Maximal Covering Problem, an einem Beispiel aus dem Rettungsdienst vorgestellt. Anschließend werden die Location Covering Probleme auf die Species Covering Probleme übertragen und drei Modelltypen, Set, Maximal und Multi Covering Pro- bleme, präsentiert, die jeweils an einem Beispiel erklärt werden. Relevante Aspekte werden dabei herausgearbeitet. Für das Multi Maximal Covering Species Problem wird eine Formulierung zur Erweiterung der bisherigen Be- trachtungen entwickelt. Die Multi Species Covering Probleme nehmen dabei
einen hohen Stellenwert ein, da die vorgestellten Modelle die Basis für das nächste Kapitel bilden. Methoden in der Naturschutzplanung werden aufge- führt, die auf den in Kapitel 2 vorgestellten Verfahren basieren. Der letzte Abschnitt geht kurz auf die komplexe Struktur sowie eine mögliche Relaxati- on der Covering Probleme ein.
Einleitung
Einführung in die
Naturschutzplanung Covering Probleme
Erweiterung der Species Covering Probleme
Anwendung der dynamischen MuSCP auf ein realitätsnahes Beispiel
Zusammenfassung, Ausblick
& Forschungsbedarf
Abbildung 1.2.: Aufbau der Arbeit .
In Kapitel 4 „Erweiterung der Species Covering Probleme“ werden die Multi Species Covering Probleme aus Kapitel 3 weiterentwickelt. Das Kapi- tel beginnt mit einer Literaturabgrenzung. Im weiteren Verlauf erfolgt die Darstellung der beiden Modelltypen – Set und Maximal Covering – ergänzt um verschiedene Anforderungen der Naturschutzplanung. Beide Darstellun- gen werden anhand des leicht modifizierten Beispiels aus Kapitel3gezeigt. Im dritten Abschnitt wird der gesamte Planungszeitraum in einzelne Perioden unterteilt und auf die beiden Modelltypen angewendet (dynamische Modelle).
Diese einzelnen Perioden müssen nicht alle die gleiche Zeitspanne aufweisen.
Kapitel 5 „Anwendung der dynamischen MuSCP auf ein realitätsnahes Beispiel“ stellt ein realitätsnahes Beispiel vor, an dem die in Kapitel 4 vor- gestellten dynamischen Modelle getestet werden. Dazu wird u. a. die Art Wildkatze in einem Teil der im Regierungsbezirk Arnsberg liegenden Gebie-
te betrachtet.
Das letzte Kapitel „Zusammenfassung, Ausblick & Forschungsbedarf“
fasst die dargestellten Inhalte zusammen und gibt einen Ausblick für den Bereich der Naturschutzplanung.
Abbildung 1.2 stellt den Aufbau der Arbeit grafisch dar und bildet die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Kapitel visuell ab.
Naturschutzplanung
In diesem Kapitel soll zuerst kurz der geschichtliche Hintergrund von Na- turschutzmaßnahmen beschrieben werden. Begonnen wird mit einer Betrach- tung der Länder Schweiz, England und den Vereinigten Staaten von Amerika (USA). Die Entwicklung in Deutschland und mit den Naturschutzmaßnah- men einhergehende ökonomische Aspekte werden anschließend vorgestellt. Im nächsten Schritt werden Gründe für die Naturschutzplanung motiviert. Da- zu wird zunächst auf rechtliche Grundlagen und deren Verwirklichung Bezug genommen. Darauf folgen verschiedene Aspekte für die Relevanz der Natur.
Zuerst wird auf den Bereich der Pharmaka und dann auf den der Bestäu- bung von Nahrungs- und Nutzpflanzen eingegangen. Anforderungen der Na- turschutzplanung stehen daraufhin im Zentrum der Betrachtungen. Im An- schluss folgt eine Übersicht über frühe Ansätze in der Naturschutzplanung.
Zum Ende dieses Kapitels werden Methoden der Naturschutzplanung sowie Voraussetzungen für eine Anwendung von quantitativen Methoden diskutiert.
2.1. Historische Entwicklung des Naturschutzes
Weltweit
Als erstes Naturschutzgebiet (NSG) gilt der Berg „Karpfstock“ in der Schweiz. Im Jahr 1576 wurde dort das Jagen verboten (vgl. Holdgate 1999, S. 3). In England dagegen kam das Bewusstsein zum Schutz der Natur erst 1868 auf, als die „Association for the Protection of Sea Birds“ gegründet und infolgedessen im Jahr 1869 eine Schonzeit für Seevögel vom 1. April bis zum 1. August eingeführt wurde. In den USA wurde 1868 das Bewusstsein des Ressourcenmanagements bezüglich der Ressource „Wald“ geschärft. Um den
Waldbau4voranzutreiben, wurde Bernhard Eduard Fernow5aus Deutschland eingestellt, der ein deutscher Förster war und viel Erfahrung im Bereich der Holzwirtschaft besaß. Die Deutschen waren damals der Ansicht, dass der Waldbau dem Hauptzweck der Produktion von Bauholz diente. Vier Jahre später im Jahr 1872 erfolgte die Gründung des Yellowstone-Nationalparks6 im Staat Wyoming in den USA, der als einer der ältesten Nationalparks der Welt gilt. Präsident Theodore Roosevelt7förderte den Naturschutzgedanken.
Zum Beispiel entstand das „National Wildlife Refuge System of the United States (U. S.) Fish and Wildlife Service“8.
Deutschland
In Deutschland erhielt der Naturschutz erst relativ spät eine Rechts- grundlage (vgl. für diesen Absatz (f. A.) Bundesamt für Naturschutz 2016b).
Eine rechtliche Verankerung des Begriffs „Naturschutzgebiet“ erfolgte erst im Jahr 1920 im preußischen Feld- und Forstpolizeigesetz. Im Jahr 1935 wur- de das Reichsnaturschutzgesetz verabschiedet, wodurch eine gesamtstaatli- che Betrachtung erreicht wurde. Allerdings wurden bereits seit 1836 Gebiete durch sogenannte „Flächenschutzbemühungen“9geschützt. Zu diesen zählen:
• Drachenfels im Siebengebirge (1836)
4 Waldbau ist ein zentraler Bereich der Forstwirtschaft, bei dem Wald verjüngt, gepflegt und gepflanzt wird. Waldbau wurde Anfang des 20. Jahrhunderts als Werterzeugung angesehen (vgl. Succow et al. 2012, S. 25). Beim Waldbau wurden alte Baumbestän- de abgeholzt, um diese durch schneller wachsende Baumarten zu ersetzen, damit die Werterzeugung vorangetrieben werden konnte.
5 Jedes Jahr wird vom „Deutschen Forstverein und der American Forestry Associati- on gemeinsam die Bernhard-Eduard-Fernow-Plakette für besondere Verdienste in der internationalen Forstwirtschaft verliehen“ (Deutscher Forstverein e. V. 2015).
6 Nach § 24 BNatSchG sind „Nationalparke [. . . ] rechtsverbindlich festgesetzte einheitlich zu schützende Gebiete, die 1. großräumig, weitgehend unzerschnitten und von beson- derer Eigenart sind, 2. in einem überwiegenden Teil ihres Gebiets die Voraussetzungen eines NSG erfüllen und 3. sich in einem überwiegenden Teil ihres Gebiets in einem vom Menschen nicht oder wenig beeinflussten Zustand befinden oder geeignet sind, sich in einen Zustand zu entwickeln oder in einen Zustand entwickelt zu werden, der einen möglichst ungestörten Ablauf der Naturvorgänge in ihrer natürlichen Dynamik gewährleistet“ (BNatSchG 2009, § 24 Abs. 1).
7 Theodore Roosevelt war von 1901 bis 1909 Präsident der USA.
8 Das National Wildlife Refuge System besteht aus NSG. Der U. S. Fish and Wildlife Service ist für die NSG zuständig (vgl. U. S. Fish & Wildlife Service 2013).
9 Flächenschutzbemühungen verfolgen ähnliche Ziele wie NSG, allerdings war Holzwirt- schaft weiter erlaubt (vgl. Succow et al. 2012, S. 24 f.).
• Hochstein/Totenstein in der Oberlausitz (1844)
• Neuenburger Urwald in Ostfriesland (1850)
• Teufelsmauer im Harzvorland (1852)
• Hasbruch bei Oldenburg (1889)
• Plagefenn in der Schorfheide (1907)
• Sababurg im Reinhardswald (1907)
• Arterner Solgraben im Kyffhäuserkreis (1908)
• Insel Trischen und Hallig Norderoog im schleswig-holsteinischen Wat- tenmeer (1909)
• Insel Langenwerder in der Wismarbucht (1910)
• Pflanzenschonbezirk Berchtesgadener Alpen (1910)
• Neandertal (1921)
• Lüneburger Heide (1921)
• Siebengebirge (1922)
In den 1920er Jahren war es in Deutschland ein schwieriges Unterfangen, die Nutzung bzw. Beschaffung von Ressourcen aus NSG für wirtschaftliche Zwecke zu unterbinden. Grund dafür war das benötigte zu produzierende Bauholz. Diesbezüglich wurden verschiedene Ansichten vertreten. Einerseits wurde die Meinung dargelegt, dass bestimmte Waldgebiete mit nur noch sel- ten vorkommenden Baumarten von der Abholzung ausgeschlossen werden sollten. Andererseits wurde argumentiert, dass Waldbau die Grundlage der Staatsfinanzierung sei. Ebenfalls bestand die Auffassung, dass Bäume nur für die Produktion von Bauholz existierten. Aufgrund der finanziellen Argu- mente wurde anfangs in NSG weiterhin Holzwirtschaft betrieben. Im Laufe der Zeit änderte sich die bestehende Meinung und Waldbau wurde in NSG zumindest teilweise verboten (vgl. f. A. Succow et al. 2012, S. 25 f.).
Begonnen wurde in Deutschland im Jahr 1836 mit einem Flächenschutz.
Ende des Jahres 2015 gab es insgesamt 8.743 NSG mit einer Fläche von ca. 1.382.673 Hektar (ha), was 3,9 % der Gesamtfläche Deutschlands ent- spricht (vgl. Bundesamt für Naturschutz 2016b). Allerdings ist diese Anzahl der Schutzgebiete10nach Auffassung der EU-Kommission im Jahr 2015 nicht ausreichend, um einer EU-weiten Naturschutzpolitik gerecht zu werden (vgl.
Spiegel-Online 25.03.2015).
10 Der Begriff Schutzgebiet wird synonym zu NSG verwendet.
Nach dieser kurzen Einführung in die Geschichte des Naturschutzes wird sich im nächsten Abschnitt mit der Frage auseinandergesetzt, warum Natur- schutz überhaupt ein zu erstrebendes Ziel sein sollte.
2.2. Motivation für Naturschutz
Ziele des Naturschutzes sind in § 1 des Gesetzes über Naturschutz und Landschaftspflege (BNatSchG) festgelegt. Danach sollen Natur und Land- schaft aufgrund ihres eigenen Wertes und als Grundlage für Leben und Ge- sundheit der Menschen – auch in Verantwortung für die künftigen Generatio- nen – im besiedelten und im unbesiedelten Bereich geschützt werden. Dieses Ziel ist ein Bestandteil des Sustainability-Programms bzw. Nachhaltigkeits- programms für zukünftige Generationen, das u. a. international eine nachhal- tige Nutzung von Ressourcen anstrebt (vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung 2014, Kiefhaber 2017, World Business Council for Sustainable Development 2018).
Laut BNatSchG (2009) soll auf Dauer 1. die biologische Vielfalt,
2. die Leistungs- und Funktionsfähigkeit des Naturhaushalts einschließlich der Regenerationsfähigkeit und nachhaltigen Nutzungsfähigkeit der Na- turgüter sowie
3. die Vielfalt, Eigenart und Schönheit sowie der Erholungswert von Natur und Landschaft
gesichert werden.
Die Verwirklichung dieser Ziele ist in § 2 BNatSchG aufgeführt, die durch zuständige Behörden unterstützt wird. Als zuständig gelten nach § 3 Abs. 1 BNatSchG die auf der Ebene des Landesrechtes arbeitenden Behörden sowie das Bundesamt für Naturschutz (BfN). Die Aufgaben und Zuständigkeiten der Naturschutzbehörden in Deutschland ergeben sich maßgeblich aus dem BNatSchG, dem Naturschutzgesetz des jeweiligen Bundeslandes und den dar- auf beruhenden Vorschriften der Kommunen sowie aus europarechtlichen Re- gelungen.
Die Gesetze, Verordnungen und Richtlinien des Naturschutzes wurden in-
folge des Rückgangs der biologischen Vielfalt und den damit verbundenen Folgen verabschiedet. Große Verluste der biologischen Vielfalt werden negati- ve Effekte für den Planeten Erde und somit auch für die gesamte Menschheit mit sich bringen (vgl. Hooper et al. 2005, S. 23 f.).
Die Problematik liegt in der Messbarkeit der Leistungen, welche die Natur für den Menschen erbringt. Um eine solche Wahrnehmung seitens der Men- schen zu ermöglichen, wurde versucht, die Leistungen eines Ökosystems mo- netär darzustellen. Dieser Versuch der monetären Greifbarkeit gestaltet sich in der Umsetzung als schwierig, weshalb im Folgenden auf allgemeine Leistun- gen der Natur eingegangen wird. Ein Ökosystem besteht aus einerBiozönose (Lebensgemeinschaft) sowie einem Biotop (Lebensraum) und stellt ein Wir- kungsgefüge zwischen den Arten (Spezies), der Umwelt und dem Faktor Zeit dar (vgl. Wittig & Niekisch 2014, S. 17). Der Begriff der „Ökosystemdienst- leistung“11beinhaltet die Bewertung der Leistungen der Natur (vgl. Costanza et al. 2009, S. 105–111). Dazu zählen unter anderem Dienstleistungen, wie das Bestäuben von Nahrungs- und Nutzpflanzen, die Erhaltung der Bodenfrucht- barkeit durchDestruenten undsaprophage Konsumenten, die Bereitstellung von Nahrung, Pharmaka und Rohstoffen und der Abbau von Schadstoffen (Bioremediation) (vgl. Wittig & Niekisch 2014, S. 231–259). Der Schadstof-
fabbau erfolgt durchOrganismen (Lebewesen als physiologische Einheiten), den Destruenten, die organische Substanz abbauen und in anorganische Be- standteile zerlegen, wie z. B. Bakterien und Pilze (vgl. Schaefer 2012). Laut Schaefer (2012) sind saprophage Konsumenten Organismen, die sich von to- ter organischer Substanz ernähren.
Aus den erbrachten Leistungen der Ökosysteme lässt sich ableiten, dass die Natur die Lebensgrundlage der Menschheit darstellt. Dies soll durch folgende zwei Beispiele bekräftigt werden.
Pharmaka
Verschiedenste Medikamente werden aus der Natur gewonnen, bzw. deren Inhaltsstoffe basieren auf einem aus der Natur nachgebildeten Wirkstoff. Als bekanntestes Beispiel ist der Wirkstoff Acetylsalicylsäure zu nennen, welches
11 Zu den Ökosystemdienstleistungen zählen beispielsweise Kleidung (Baumwolle, Seide), Nahrung (Gemüse, Fleisch, Fisch, Getreide), Wasser, Holz, Umwandlung von CO2 in O2 (vgl. Schaefer 2012).
z. B. im Pharmakon Aspirin enthalten ist. Dieses wurde ursprünglich aus der Rinde der Silberweide (Salicin) gewonnen (vgl. Terlau 2009, S. 321). Wären Weiden vor der „Entdeckung“ der Heilkraft ausgerottet gewesen, gäbe es die- sen Wirkstoff nicht.
Viele Spezies wurden bis heute nicht entdeckt und viele sterben vor ihrer Entdeckung bereits aus, wodurch viele nützliche Pharmaka nicht erforscht werden können (vgl. Scheffers et al. 2012).
Die Schnecke Conus magus (Zauberkegel) gehört zu der Familie der Kegel- schnecken und lebt im Pazifik (vgl. Putzier & Frings 2002, S. 150). Das Gift dieser Schneckenart wird als Schmerzmittel eingesetzt, das 1.000 mal stärker als Morphin12 wirkt (vgl. Bogin 2005, S. 15, 18).
Im Jahr 1980 wurde der Magenbrüterfrosch entdeckt. Dieser brütet sei- ne Nachkommen im Magen aus. Untersuchungen hofften auf ein neues Medikament gegen Magengeschwüre. Leider starb der Magenbrüterfrosch vor Beendigung der Studien aus, so dass dieses neue Arzneimittel we- der entwickelt noch die Funktionsweise des Magenbrütens aufgedeckt wer- den konnten (vgl. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit 2008). Wie allein an diesen wenigen Beispiele zu erkennen, sind viele Wirkstoffe natürlichen Ursprungs und für die Menschheit und deren Fortbestand enorm wichtig.
Bestäubung
Die Bestäubung von Pflanzen durch Bienen stellt ein weiteres Beispiel dar, da sie für den Ertrag von Nahrungs- und Nutzpflanzen relevant ist. Nach Hellrigl (2003, S. 173) gibt es weltweit ca. 20.000 Bienen- bzw. Wildbienenar- ten, von denen sieben bis zwölf13zu den Honigbienen zählen (vgl. Flügel 2011, S. 52). In Deutschland ist die Honigbienenart Apis mellifera heimisch. Von den Wildbienenarten gibt es ungefähr 560 in Deutschland (vgl. Brechner et al. 2013b, Westrich et al. 2011).
In der Roten Liste für Bienen aus dem Jahr 2011 wurden insgesamt 557 Arten bewertet (vgl. Westrich et al. 2011, S. 403). Davon sind 228 Arten be- standsgefährdet, 39 sind ausgestorben und 31 vom Aussterben bedroht. Diese
12 Morphin stammt aus Schlafmohn (vgl. Terlau 2009, S. 321).
13 Je nach taxonomischer Auffassung (vgl.Taxonomie) gibt es weltweit sieben bis zwölf Honigbienenarten (vgl. Flügel 2011, S. 52).
