GIS-gestützte Analyse globaler Muster anthropogener Waldschädigung: Eine sektorale Anwendung des Syndromkonzepts

Abstract

Die globalen Waldökosysteme spielen eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf und in der Erhaltung der biologischen Vielfalt Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der räumliumlichen Analyse der globalen Entwaldungsproblematik. Da diese Problematik auf komplexe Weise mit weiteren Kernproblemen der globalen Entwicklung verknüpft und damit nicht isoliert zu behandeln ist wird ein neuer, transdiziplinärer Ansatz zur Analyse nicht-nachhaltiger Zivilisation-Natur-Interaktionsmuster des Globalen Wandels (GW) genutzt. Der Ansatz beruht auf der Zerlegung der komplexen Dynamik des GW in Muster problematischer Zivilisations-Natur-Interaktionen ("Syndrome") durch einen iterativen Prozess von Beobachtung, Daten- und systemtheoretischen Analysen sowie GIS-gestützter Modellierung. Die Syndrome stellen eine Grundlage zur Indizierung von Nicht-Nachhaltigkeit dar - für eine nachhaltige Entwicklung ist die weitreichende Abwesenheit von Syndromen erforderlich. Sie umfassen die wesentlichen Kernprobleme des GW und sind als charakteristische Konstellationen von dynamisch interagierenden sozioökonomischen und naturräumlichen Phänomenen ("Symptome" des GW) definiert. Diese Ursache- Wirkungsschemata aus Symptomen und Wechselwirkungen sind von Beginn an als komplexe Phänomene über die einzelnen Sphären des Erd-Systems hinweg formuliert. Dieser neue Beschreibungsansatz für GW-Prozesse wird unter Verwendung von Konzepten der Fuzzy-Logik und GIS-gestüzten Analysen zur Identifikation und Verortung der kausalen Wirkungsmechanismen der Entwaldungsmuster angewandt.

Zivilisatorische Aktivitäten haben große Waldverluste verursacht und bedrohen die wichtige Rolle der verbliebenen Waldökosysteme (C-Speicher, Erhalt der Biodiversität) im Erd-System. Entwaldung und Waldschädigung werden durch eine kleine Anzahl verschiedener Ursache-Wirkungsmuster verursacht. Die Haupt- Syndrome der Entwaldung sind:

* Raubbau an natürlichen Ökosystemen: Das RAUBBAU-SYNDROM. Beispiele sind die Übernutzung von Wäldern für die Holz- und Papierindustrie, sowie für die Brennholz- und Holzkohlegewinnung. * Landwirtschaftliche Übernutzung marginaler Standorte: DAS SAHEL-SYNDROM. Ein Beispiel ist der Brandrodungswanderfeldbau durch Kleinbauern in Entwicklungsländern. * Nicht-nachhaltige industrielle Bewirtschaftung von Böden und Gewässern: Das DUST-BOWL-SYNDROM. Beispiele sind die Konversion von Wäldern für Rinderfarmen oder "cash-crop"-Landwirtschaft.

Neben den Hauptsyndromen sind weitere Muster zu einem kleineren Teil an der globalen Entwaldungsproblematik beteiligt. Diese Syndrome umfassen z. B. die Erschließung und Schädigung von Naturäumen für Erholungszwecke, die Umweltschädigung durch zielgerichtete Naturraumgestaltung im Rahmen von Großprojekten wie Dämmen, die Umweltdegradation durch Abbau nicht-erneuerbarer Ressourcen oder die Umweltdegradation durch weiträumige diffuse Verteilung von meist langlebigen Wirkstoffen wie im Fall des "Sauren Regens".

Die geographische Analyse eines Syndroms erfolgt in mehreren Schritten unter Integration von GIS mit Konzepten der Fuzzy-Logik und des "Qualitative Reasonings". Im ersten Schritt wird durch die Analyse von Fallstudien, Theorien und Expertenwissen ein syndromspezifisches Beziehungsgeflecht erstellt. Ausgehend von dieser systemischen Darstellung werden die naturräumlichen und sozioökonomischen Bedingungen, unter denen der Syndrommechanismus aktiv sein kann bestimmt. Diese Abschätzung wird als die Disposition einer Region gegenüber einem Syndrom bezeichnet. Der so erzeugte Indikator kann als ein Frühwarnsystem für das Einsetzen einer nicht- nachhaltigen Entwicklung genutzt werden. Basierend auf den das Syndrom konstituierenden Elementen wird ein Indikator für die Intensität des aktiven Syndroms abgeleitet.

Für die Hauptsyndrome der Entwaldung werden vollständige Syndromanalysen durchgeführt, auf deren Basis erstmals weltweit die regionale Schädigung und Gefährdung der Wälder durch die systematische Untersuchung der unterliegenden globalen Ursache-Wirkungsmuster qualitativ bestimmt werden konnte. Vor allem die Gefährdung durch eine mögliche Kopplung zwischen noch nicht aktiven, aber durch bereits ablaufende Prozesse exponierten Degradationsmustern, wird hier erstmalig systematisch untersucht.

The global forest ecosystems play an important role in the global carbon cycle and in the preservation of biological diversity. The dissertation presents a qualitative analysis of non-sustainable civilisation-nature interaction patterns relevant for global deforestation and forest degradation. Since this problem is closely linked to other core problems of Global Change (GC), e.g. Soil Degradation, World Food security, Climate Change, etc., it is not to be tackled separately. Therefore a novel transdisciplinary approach to analyse non-sustainable civilisation nature interactions in the context of GC is utilised in the investigation. The approach rests on the decomposition of the intricate dynamics of GC into patterns of problematic civilisation nature interactions ("Syndromes") by an iterative process of observations, data and system theoretical analysis, and GIS based modelling attempts. These Syndromes characterise endangering and risky developments of civilisation nature interaction and represent a baseline for measuring and indicating 'non- sustainability' - in order to have a sustainable development it is necessary to have a far-reaching absence of Syndromes. The patterns are defined as characteristic constellations of interacting socio-economic and physical phenomena ("Symptomes" of GC), which build complex dynamical systems of civilisation-nature interaction. The cause-effect schemes of Symptomes and their interrelations are constituted as complex phenomena resulting from interactions over the different spheres of the Earth System. The approach is illustrated by a detailed analysis of those civilisation nature interaction patterns relevant for global deforestation.

Human activities cause a wide extent of deforestation and threaten the important role of the remaining global forest within the earth system. Global deforestation and forest degradation is made up by a limited number of cause effect patterns observed in different parts of the world. The main syndromes identified causing large scale deforestation are:

* The overexploitation of natural ecosystems - the OVEREXPLOITATION SYNDROME. Examples of this pattern are the exploitation of forests for timber or fuelwood and charcoal. * The rural poverty driven overuse of natural resources - the SAHEL SYNDROME. Examples are the exploitation of forests via slash and burn cultivation by smallholders, particular in tropical developing countries. * Non-sustainable agro-industrial use of soils and bodies of water - the DUST BOWL SYNDROME. Examples are the conversion of forest for large cattle farming or cash crop agriculture.

Besides these mayor cause-effect schemes of global deforestation, there are several other Syndromes that contribute on a minor scale, e.g. the development and destruction of nature for recreational ends (MASS TOURISM SYNDROME), the environmental damage of natural landscapes as a result of large-scale projects like dams (ARAL SEA SYNDROME), the environmental degradation related to mining and extraction of non-renewable resources (KATANGA SYNDROME) or the environmental degradation through large-scale diffusion of long-lived substances (SMOKESTACK SYNDROME) as in the case of acid rain.

The geographical analysis of a Syndrome is performed in several steps integrating GIS with concepts of fuzzy logic and qualitative reasoning. In the first step a syndrome specific network of interactions is formulated by analysing case studies, theories and expert assessments. Based on this systemic representation the natural and socio-economic conditions under which the syndrome specific mechanisms can be active are identified. This evaluation is called the disposition of a region towards a specific Syndrome. The resulting indicator can be used as an early warning indicator for the possible germination of a non-sustainable development. Based on the constituting elements of the Syndrome, a complex indicator for the intensity of the active Syndrome is derived in the next step of the analysis. This indicator assesses the critical states in the dynamical evolution of the non-sustainable patterns of civilisation nature interaction.

Complete Syndrome analyses are performed for the main Syndromes of deforestation. The resulting spatial distribution of the combined dispositions and intensities of the different Syndromes present a unique global assessment describing the current damage and future regional threats to forests by their underlying global cause-effect patterns of civilisation-nature interaction. Specially the assessment of the threat by coupling of momentarily active and potentially active cause-effect patterns provides a previously not achieved systematic insight into the complex interaction of different patterns of global deforestation and forest degradation.