Lange Zeit waren Schönheit von Natur und Landschaft oder das Auftreten einer seltenen Art Maßstab für die Wahl eines Naturschutzgebietes. Heute wird dagegen von vielen ineinandergreifenden Naturschutzaspekten ausgegangen, die die Aufrechterhaltung ganzer Ökosysteme sichern sollen. Solch ein Schutz verlangt eine systematische Planung mithilfe mathematischer Modelle, um aus Variablen wie Repräsentativität, Kosten und Bedrohungen die Eignung von Gebieten als Naturschutzreservat zu ermitteln.
Diese Publikation widmet sich der Ermittlung der Biodiversität und des dabei auftretenden „Species Set Covering Problem“, einer Möglichkeit, um das zukünftige Gebiet mit der größten Artenvielfalt abzusichern. Der Autor Heiko Fuchs betrachtet über dieses Problem hinaus auch das Modell „Backup Covering Species“, das von einer doppelten bzw. mehrfachen Überdeckung ausgeht, um eine Sicherheit der Artenvielfalt zu erreichen. Er zeigt, wie man anhand beider Modelle eine Erkenntnis gewinnen kann, welches Gebiet den höchsten Schutzwert mit dem geringsten Unterhaltungsaufwand aufweist und stellt die jeweiligen Vor- und Nachteile der angeführten Problemformulierungen heraus.
Aus dem Inhalt:
- Naturschutz;
- Naturschutzplanung;
- Species Set Covering Problem;
- Backup Covering Species;
- Revervate
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Notwendigkeit des Naturschutzes
2.1 Ausgangslage
2.2 Argumente für den Naturschutz
2.3 Begriff Biodiversität
2.4 Bedrohungen der Biodiversität
2.5 Naturschutzstrategien / Conservation Biology
3 Systematische Naturschutzplanung
3.1 Systematische Naturschutzplanung
3.2 Anforderungen an ein Reservat
3.3 Das Konzept UNESCO Biosphärenreservat
4 Quantitative Verfahren der Naturschutzplanung
4.1 Voraussetzungen der Modelle
4.2 Einführung eines Fallbeispiels
4.3 Species Set Covering-Probleme in der Naturschutzplanung
4.4 Maximal Covering Species Problem
4.5 Backup Species Covering Probleme
4.6 Auswirkungen unterschiedlicher Kriterien in der Primärabdeckung auf die Backup-Abdeckung
4.7 Allgemeine Kritik an den Modellen
5 Fazit / Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht mathematische Optimierungsmodelle zur effizienten Auswahl von Naturschutzgebieten unter Berücksichtigung begrenzter Ressourcen und der Sicherung der Biodiversität. Im Zentrum steht die Analyse des "Species Set Covering Problem" (SSCP) sowie dessen Erweiterungen, insbesondere des "Backup Species Covering", um Risiken durch Umweltunsicherheiten durch mehrfache Abdeckung von Spezies zu minimieren.
- Systematische Naturschutzplanung und Schutzgebietsanforderungen
- Mathematische Modellierung ("Set Covering" und "Maximal Covering")
- Integration von Backup-Abdeckung und Redundanz zur Risikoreduktion
- Fallbeispielbasierte Simulation der Modelle mittels Excel Solver
- Einfluss von Gewichtungsfaktoren und Relaxierung auf die Optimierungsergebnisse
Auszug aus dem Buch
4.5.1 Gründe für Backup und Redundanz in der Naturschutzplanung
Das Hauptziel in der Naturschutzplanung ist die langfristige Erhaltung der Biodiversität (vgl. hierzu Kapitel 2 und 3). Durch das Schützen des Lebensraumes der interessierenden Spezies kann dieses Ziel erreicht werden. Hierbei bestehen jedoch verschiedenste Unsicherheiten und Risiken, welche die Überlebensfähigkeit der betrachteten Spezies im geschützten Gebiet nachteilig beeinflussen können.
„Backup and Redundante Covering Modelle“ versuchen, diese Risiken auszuschalten bzw. zu vermindern. Zur Verdeutlichung, dass diese Modelle im Naturschutz notwendig sind, sollen die 4 wesentlichen Risiken bzw. Unsicherheiten der Überlebensfähigkeit der Spezies nach Shaffer (1981, S.131) vorgestellt werden:
1. Demographische Unsicherheit: hierunter werden zufällige Ereignisse verstanden, welche die Überlebensfähigkeit sowie Fortpflanzungsfähigkeiten beeinflussen.
2. Umweltbedingungen: Diese können sich durch zufällige bzw. durch unvorhersehbare Ereignisse verändern. Beispiele hierfür sind Änderungen im Zusammenhang mit dem Wetter, der Nahrungsversorgung, der Raubtiere etc.
3. Naturkatastrophen: Waldbrände, Fluten oder dergleichen können die Lebensräume (z.B. die betroffenen Parzellen in Reservaten) für die dort ansässigen Spezies unbrauchbar machen.
4. Genetische Unsicherheit: Zufällige Änderungen in den Genen durch z.B. den Gründereffekt oder Inzucht können ebenfalls die Überlebens- und Fortpflanzungswahrscheinlichkeit der Spezies ändern.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung motiviert die Notwendigkeit des Naturschutzes angesichts menschlicher Eingriffe und führt in die mathematische Modellierung zur Gebietsauswahl ein.
2 Notwendigkeit des Naturschutzes: Dieses Kapitel erörtert die Bedeutung der Biodiversität, deren Bedrohungen durch menschliche Aktivitäten und Strategien der Erhaltungsbiologie.
3 Systematische Naturschutzplanung: Hier werden Richtlinien für eine systematische Planung, Anforderungen an Reservate und das Konzept der UNESCO-Biosphärenreservate erläutert.
4 Quantitative Verfahren der Naturschutzplanung: Dieser Kernteil stellt mathematische Überdeckungs-Modelle (SSCP, MCSP, BMCSP) vor, illustriert diese an einem Fallbeispiel und diskutiert deren kritische Aspekte.
5 Fazit / Ausblick: Das Fazit fasst die Eignung der Modelle für die Praxis zusammen und weist auf die Notwendigkeit hin, komplexere äußere Faktoren in zukünftige Planungen einzubeziehen.
Schlüsselwörter
Biodiversität, Naturschutzplanung, Species Set Covering Problem, Maximal Covering Species Problem, Backup-Abdeckung, Systematische Erhaltungsplanung, Biosphärenreservat, Mathematische Optimierung, Standortplanung, Habitatzerstörung, Schutzgebiet, Modellierung, Excel Solver, Redundanz, Artenvielfalt
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die systematische Planung von Naturschutzgebieten durch den Einsatz mathematischer Modelle, um die Biodiversität effizient zu erhalten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Standortplanung im Naturschutz, den mathematischen Überdeckungs-Modellen und dem Umgang mit Unsicherheitsfaktoren in der Artenvielfalt.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist zu analysieren, wie mathematische Covering-Modelle – insbesondere Backup-Modelle – eingesetzt werden können, um bei begrenzten Ressourcen den Schutzwert für Arten zu maximieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden Methoden der Operations Research verwendet, speziell ganzzahlige Optimierungsmodelle, die mit dem Solver in Microsoft Excel angewendet werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der formalen Herleitung und Erweiterung von Modellen wie dem Species Set Covering Problem (SSCP) und verschiedenen Varianten des Backup Maximal Covering Species Problem (BMCSP).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Biodiversität, Naturschutzplanung, Backup-Abdeckung, Optimierungsmodelle und das Species Set Covering Problem.
Warum ist eine einfache Abdeckung in der Praxis oft unzureichend?
Eine einfache Abdeckung berücksichtigt keine Risiken wie Naturkatastrophen oder demographische Unsicherheiten, die zum Verlust einer Spezies im gesamten Reservat führen könnten.
Welche Rolle spielt die Relaxierung der Primärabdeckung in Variante 1?
Die Relaxierung ermöglicht es, Lösungen zu finden, wenn eine vollständige Primärabdeckung mathematisch nicht erzwingbar ist, und erlaubt dem Optimierungsprozess, flexibler auf knappe Ressourcen zu reagieren.
- Citar trabajo
- Heiko Fuchs (Autor), 2017, Biodiversität bei der Planung von Naturschutzgebieten. Probleme des "Species Set Covering" und des "Backup Species Covering", Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/379293
