C A T E N A VOL. 5, 351 - 364 BRAUNSCHWEIG 1978 [ 1

DER STANDORT IM LANDSCHAFTLICHEN OKOSYSTEM

EIN REGELKREIS FOR DEN STRAHLUNGS-, WASSER- UND N~HRSTOFFHAUSHALT ALS FORSCHUNGSANSATZ FOR DIE KOMPLEXE STANDORTANALYSE IN DER

TOPOLOGISCHEN DIMENSION

Th. Mosimann Geographisches I n s t i t u t der Un ive rs i t~ t Basel

Bernoul l ianum, K l inge lbergs t r . 16, CH-4056 Basel (manuscript received September 9, 1977; revised manuscript accepted July 18, 1978)

SUMMARY

There is shown a d i spos i t i on of research tha t is appl ied at the moment fo r the in - strumental q u a n t i f i c a t i o n of a model area in the topolog ica l dimension. A f te r some general remarks about the theo re t i c conceptions of the "geokomplex" the models by H. RICHTER (1968) and O. FR~NZLE (1976) are discussed wi th regard to t h e i r q u a l i f i cat ion as a base fo r the d i spos i t i on of instrumental and quan t i t a t i ve inves t iga- t ions of the economy of landscape.

I t is necessary fo r the balancing of landscape-ecosystems tha t complexly reg i s te r - ed balances are made that cons is t of geographica l ly and in planning re levant quan- t i t i e s tha t can also be extrapolated q u a n t i t a t i v e l l y over expanse-covering measure ment. A f te r the descr ip t ion of the condi t ions fo r se lec t ing the quan t i t i es there are stated the conceptions of the aspired exactness.

Six fundamental theses fo r the d i spos i t i on of research are stated and the qua l i - t i es of the model summarized. The way which is gone by the f i e l d i nves t i ga t i on to rea l i ze the theore t i ca l ideas of system is presented in the fo l l ow ing methodical part . As on example serves a pedo log ica l -pedohydro log ica l -c l imato log ica l work of a representat ive area. The d ra f t of t h i s i nves t i ga t i on is i l l u s t r a t e d by the map of a measure-net and by the scheme of a f i e l d - s t a t i o n .

ZUSAMMENFASSUNG

Es wird ein Forschungsansatz gezeigt , der gegenw~rtig f u r die ins t rumente l le Quan- t i f i z i e r u n g eines Mode!Igebietes in der topologischen Dimension e ingesetzt i s t . Nach einigen allgemeinen Bemerkungen Uber die theoret ischen Vorstel lungen Uber den Geokomplex werden die Modelle von H. RICHTER (1968) und O. FR~NZLE (1976) im Hin- b l i ck auf ihre Eignung als Basis f~r den Ansatz ins t rumente l l q u a n t i t a t i v e r Land- schaftshaushaltsuntersuchungen besprochen.

F~r die B i lanz ierung l andscha f t l i che r Okosysteme wird geforder t , dab komplex er- faBte, aus geographisch und p laner isch relevanten Gr~Ben bestehende Standor tb i lan- zen e r s t e l l t werden, die auch Uber fl~chendeckende Messung q u a n t i t a t i v extrapo- l i e r t werden k~nnen. Nach der Beschreibung der Bedingungen fh r die Auswahl der Gr~Ben werden die Vorstel lungen 5ber die anzustrebende Genauigkeit dargelegt.

Es werden sechs grunds~tz l iche Thesen zum Forschungsansatz a u f g e s t e l l t und die Eigenschaften des Faktorenschemas zusammengefaBt. Im anschlieBenden methodischen

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Teil wird kurz dargelegt, in welcher Weise die theoretischen Systemvorstellungen in der Feldforschung angegangen werden. Als Beispiel dient eine pedologisch-pedo- hydrologisch-klimatologische Repr~sentativgebietsarbeit, deren Arbeitskonzept mit einer Me~netzkarte und dem Schema einer Gel~ndestation i l l u s t r i e r t wird.

1. EINLEITUNG

"~kosysteme sind geordnete Konfigurationen von Materie, in denen Energieeingaben Arbeit verr ichten." (D.R. STODDART, 1970, S. 121).

Diese Def in i t ion t r i f f t nach H. LESER (1976, 46) raumbezogen verstanden auch auf landschaftl iche ~kosysteme zu. Die aktuelle landschafts~kologische Forschung be- sch~ft igt sich unter anderem intensiv mit der instrumentellen Quantifizierung und Kennzeichnung von homogenen Landschaftseinheiten in der topologischen Dimension (Gr~e dieser Landschaftseinheiten: 3 - I0 km2). lhre Aufgabe besteht nach H. LESER (1975, 60) darin, das ~kofunktionale Geschehen in den naturr~umlichen Einheiten zu untersuchen. Als Zielvorstel lung l ~ t sich daraus konsequenterweise ablei ten, da~ es um das Erkennen der prozessualen Zusammenh~nge von Boden, Wasser und Klima geht.

Zwangsl~ufig fUhrt dieser Ansatz auf die Probleme der Modellierung von Geokomple- xen und auf die Frage der Brauchbarkeit formul ier ter Modelle als Basis fur die me~technische Anlage von Standortuntersuchungen. Im Kern der Sache geht es darum, die Modellvorstellung des ~kosystems auf jene Komponenten und Prozesse zu reduzie- ren, die sowohl kennzeichnend und wichtig fur den zu untersuchenden landschafts- ~kologischen Standort sind als auch mit vertretbarem me~technischem Aufwand zu er- fassen sind. Die vonder Planungspraxis so vehement geforderten "harten" ~kologi- schen Daten k~nnen vonder Landschafts~kologie l e t z t l i c h nur ge l ie fe r t werden, wenn sie Uber praktisch einsetzbare Vorstellungen Uber den Regelkreis des Natur- haushalts verfUgt.

Der vorliegende Aufsatz soll einen Forschungsansatz zeigen, wie er gegenw~rtig fur die instrumentelle Quantifizierung eines Modellgebietes im Raum Basel eingesetzt wird.

2. MODELLE DES LANDSCHAFTSKOMPLEXES

2.1. Strukturmodelle

K. HERZ (1966) und E, NEEF (1970) haben in jUngerer Zeit allgemeine Strukturmodelle Uber den Landschaftskomplex formul ier t . Dabei geht es um die Darstellung grundle- gender Landschaftszusammenh~nge, ausgehend von den einzelnen Sph~ren, was einen wesentlichen Beitrag zum theoretischen Verst~ndnis des Komplexes Landschaft dar- s t e l l t . Da beide Autoren jedoch ihre Modelle in einer Dimension entwickeln, die weir Uber derjenigen instrumentell quant i ta t iver Untersuchungen l i e g t , k~nnen die- se aus ihrem theoretischen Ansatz heraus gar nicht Darstellung naturhaushalt l icher Zusammenh~nge am Standort sein. Aus diesem Grund l ie fern sie der Feldforschung we- nig Konkretes.

Anders verh~It es sich mit den Modellen von H. RICHTER (1968), V.B. SOCAVA (1972) und O. FRANZLE (1974). Al le drei modellieren den homogenen Geokomplex und gehen vom prozeBhaften Geschehen aus, sie unterscheiden sich jedoch wesentlich in der Wahl und Darstellung der Kompartimente und im Einbezug des Regelkreisgedankens. Im folgenden sollen die Modelle von H. RICHTER und O. FRANZLE etwas n~her im Hinblick auf ihre Brauchbarkeit fur den Ansatz praktischer landschafts~kologischer Feldfor- schung geprUft werden.

2.2. Das Modell des Geokomplexes von H. RICHTER (1968)

Nach H. LESER (1976, 249) i s t das "Strukturmodell des homogenen Naturraumes" von H. RICHTER der einzige Fall einer allgemeinen Modellierung einer topischen Grund-

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einhei t . Damit i s t es in jedem Fall eine brauchbare Basis fur die Konstruktion von Forschungsans~tzen in der ~kologischen Standortanalyse. Der gr~Bte Vortei l i s t zwei fe l los, dab dieses Modell in s t ra f f s te r Weise auf den Umsatz von Substanz in festem, fIUssigem und gasf~rmigem Zustand ausgerichtet i s t und eine FUlle von Pro- zessen zwischen Kompartimenten da rs te l l t . Der stand~rtlichen Untersuchung kommt auch der Vertikalaufbau (im Sinne der Sph~ren) in LufthUlle, bodennahe Luftschicht, Rel ief , Boden und Gestein entgegen. Das Modell bringt eine fur die Landschafts~ko- logie ~u~erst wichtige Tatsache zum Ausdruck: die einzelnen Kompartimente oder Sph~ren sind als abgeschlossene Teilsysteme zu sehen, und die naturhaushaltlichen Prozesse werden im Sinne der Bilanzierung am Ein- und Austri t tspunkt der Komparti- mente gemessen. Diese Tatsache hebt die landschafts~kologische Standortquantif i - zierung deutl ich von den Forschungsans~tzen der spezielleren Ukosystemforschung ab. Der Schwerpunkt landschafts~kologischer Arbeit l i eg t n~mlich darin, die Funk- t ion vom Komplexgr~Ben im Physiotop zu erfassen. Im Landschaftshaushalt sind l e t z t - l i ch Gesamtwirkungen entscheidend. Prozesse in Teilsystemen sind insoweit relevant, als sie steuernd auf Standorthauptfaktoren einwirken. Selbstverst~ndlich kann das Gesamtziel, n~mlich die Aufkl~rung der Kausalzusammenh~nge, nur durch sinnvol le Zusammenarbeit beider ~kologischer Forschungsrichtungen erreicht werden.

Andererseits darf nicht Ubersehen werden, dab das Strukturmodell von H. RICHTER, im BemUhen um eine mSglichst allgemeine Darstellung der Standortszusammenh~nge, sehr d e t a i l l i e r t i s t und v ie le ProzeBabl~ufe da rs te l l t , die nicht oder nut mit gr~Btem technischem Aufwand zu messen sind. Dies t r i f f t vor allem fur die Regel- kreise "Strahlungs- und W~rmeumsatz" und "Umsatz von organischer und anorganischer Substanz" zu. Somit b le ib t es dem instrumentell arbeitenden LandschaftsQkologen Uberlassen, das Problem der Auswahl jener Prozesse und Systemelemente zu 15sen, die durch Messung zur Weiterentwicklung der Vorstellungen Uber die naturhaushalt- lichen Zusammenh~nge fUhren k~nnen. Damit h i l f t das Modell an einem entscheidenden Punkt auch nicht weiter. Was al les gemessen werden k~nnte, i s t n~mlich hinl~ng- l ich bekannt. Hingegen bestehen Uber die Arbeiten von E. NEEF hinaus wenig konkre- te Vorstellungen Uber die Auswahl der zu messenden GrSBen fur Landschaftshaus- haltstypisierungen. Eine Vertiefung der Kenntnis der Systemzusammenh~nge im homo- genen Naturraum i s t auch nach H. LESER (1976, 257) nur Uber instrumentell quanti- tat ives Arbeiten mSglich.

2.3. Der Strukturplan eines Geosystems yon O. FR~NZLE

Das von O. FR~NZLE (1976) vorgelegte Grundmodell i s t zwar auf Fragestellungen der Morphodynamik ausgerichtet, es s t e l l t jedoch die morphodynamischen Vorg~nge in die Kompartimente Vegetation, Bodenoberfl~che und Boden mit ihren gesamten ProzeBab- l~ufen. Somit erh~It es allgemeine Bedeutung fur landschafts~kologische Probleme. In der vorliegenden Publikation wird der Strukturplan jedoch led ig l ich an Hand eines Spezialbeispiels fur den Bodenabtrag aus den Regenwald- und Savannengebieten besprochen, was den komplex arbeitenden Landschafts~kologen zwingt, sich fur die Weiterverarbeitung auf das Graphenmodell a l le in zu stUtzen.

Der Strukturplan von O. FR~NZLE s t e l l t die einzelnen Systemelemente und Verbindun- gen (der Ausdruck Verbindung muB hier gew~hlt werden, da es sich nur zum Teil um Prozesse handelt) sehr ausfUhrlich dar und verbindet aktuel le Prozesse mit lang- f r i s t igen Entwicklungsvorg~ngen. Damit wird das Modell zweifel los einer fundamen- talen Eigenschaft des Geokomplexes gerecht. Zugleich l i eg t aber darin die grSBte Schwierigkeit der aktuellen Veri f iz ierung im landschaftlichen Ukosystem. Wenn da- von ausgegangen wird, dab ein Ukosystem in seinen Systemelementen und Prozessen in einer bestimmten Form nur aktuell besteht und sich im Laufe seiner Entwicklung zu einem anderen System ver~ndert, s t e l l t der Strukturplan gar keinen Regelkreis im eigentlichen Sinn dar. Dies zeigt sich vor allem auch darin, dab nicht nur GrS- Ben als Systemelemente eingefUhrt sind, die im aktuellen 5kologischen Geschehen

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keiner lei Relevanz besitzen und die gar nicht erfaBbar s ind l ) , sondern auch System- elemente, wie "Prof i ld i f ferenzierung" oder "Bildungsdauer';, die dinglich gar nicht exist ieren.

Es dUrfte auf der Hand l iegen, dab sich daraus et l iche Schwierigkeiten ergeben fur die Verwendung des Strukturplanes von O. FR~NZLE in der komplexen Standortanalyse. Sie liegen darin begrUndet, da~ I. ungleichgewichtige Gr~Ben model l iert werden 2. die ze i t l i che Dimension nicht e inhe i t l i ch i s t 3. theoretische Vorstellungen mit erkannten Kausalzusammenh~ngen vermischt sind 4. die Auswahl der GraVen, auf den Gesamtkomplex bezogen, zum Tell unsystematisch

i s t .

Man wird mit Recht entgegenhalten, der Strukturplan sei im Ansatz nicht auf den landschafts~kologischen Standortskomplex entwickelt worden. Zweifellos besteht sein haupts~chlicher Beitrag in einer Grundlage fur die bessere theoretische Durchdringung und Darstellung von Geokomplexzusammenh~ngen. Es muB hier aber deut- l ich gesagt werden: wenn dimensionsbezogenes Arbeiten in der Landschafts~kologie eine klare Trennung der Methodik bedingt, hat das zur Konsequenz, da~ in der topo- logischen Dimension und am landschafts~kologischen Standort nur dann systemgerecht model l iert i s t , wenn die Modellvorstellungen aus Messungen abgeleitet sind oder einer meBtechnischen Quantifizierung offen sind. Praktisch nicht ver i f i z ie rbare Modelle von topologischen Raumeinheiten bringen die Erkenntnis von Kausalzusammen- h~ngen nicht weiter und k~nnen auch nicht weiterentwickelt werden,

3. DIE BILANZ IM LANDSCHAFTLICHEN UKOSYSTEM

3.1. Bilanzierung in der topologischen Dimension

Es zeigt sich schon se i t l~ngerer Zei t , da~ fur die Bilanzierung in der groBmaB- st~bigen Landschaftsanalyse die Vorstellungen ~kologisch arbeitender Spezialdiszi- plinen, wie dier Pflanzen~kologie und der ~kologisch arbeitenden Bodenkunde, zwar im Kern Ubernommen werden k~nnen. Was aber den Raumbezug angeht, mUssen sie we- sentl ich erweitert werden. Diese Erweiterung erstreckt sich im wesentlichen auf die Extrapolation der StandortmeBdaten und die damit verbundenen methodischen Pro- bleme. Es gibt bis heute sehr v ie le Umsatz- und Bilanzuntersuchungen, die aber im besten Fall Teilsysteme oder Systemelemente des Geokomplexes betreffen und sich damit nicht in geographisch oder planerisch relevanten Dimensionen bewegen. Die Landschafts~kologie kann sich nicht darauf beschr~nken, ~kologische Teiluntersu- chungen zur Kennzeichnung der landschaftlichen Ukosysteme zusammenzufassen und sie darf in der topologischen Dimension auf keinen Fall aus einer Datensammlung, die in Zeit und Ort nicht homogen i s t , eine Landschaftsbilanz erste l len.

Topologische Landschaftsbilanzen k~nnen l~nger f r i s t ig nur formul ier t werden, wenn die instrumentell quant i ta t iv arbeitende Landschafts~kologie die zwei folgenden Aufgaben zu l~sen vermag:

I . Es mUssen komplex erfa~te, aus geographisch und planerisch relevanten GraVen bestehende Standortbilanzen mit Hi l fe von quant i ta t iv ver i f iz ierbaren Modell- vorstellungen e r s t e l l t werden.

2. Es mUssen Gr~Ben bestimmt und belegt werden, die sich sowohl fur die Erfassung

i) Im besonderen sind unter stand6rtlichen Bedingungen die folgenden Prozesse

nicht me,bar:

der Energieverbrauch fur Photosynthese und Erw~rmung der Luft

der Strom latenter W~rme vonder Bodenoberfl~che in die Vegetation

- die Wasserspeicherung an der Bodenoberfl~che

die Verwitterung und Mineralneubildung

f~r Verwitterungsprozesse verbrauchtes Haftwasser

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einer Standortbi lanz als auch - durch die M~gl ichkeit ih re r fl~chendeckenden Messung ( in Netzen) - fu r die quan t i t a t i ve Extrapolat ion Yon Standortdaten eig- hen.

Die Bew~Itigung der zweiten Aufgabe wird wesentl ich Uber die F~higkeit der land- schafts~kologischen Methodik entscheiden, praxisverwendbare Daten zu l i e f e r n .

3.2. Grenzen der Bi lanzierung

Sowohl landschaf t l iche Ukosysteme als auch Teil~kosysteme sind nach H. LESER (1976, 238 - 239) und B. ULRICH (1974, 113) auch mit fe insten MeBmethoden und gr~Btem Aufwand n icht res t los quan t i f i z i e rba r und deshalb auch nur te i lwe ise zu modell ieren. Jeder komplexen Standortanalyse sind zudem durch den z e i t l i c h und technisch m~glichen Aufwand Grenzen gesetzt. Daraus le i ten sich die beiden Grund- probleme fur den Ansatz einer Untersuchung ab: 1. Die Wahl der zu untersuchenden naturhaushalt l ichen Gr~Ben. 2. Die Bestimmung der er forder l ichen Genauigkeit.

3.2. I . ~ _ ~ u ~ b l _ ~ _ ~ E

Die Grenzen der Te i lb i lanz ierung werden entscheidend abgesteckt durch die Auswahl der Gesamtheit der zu erfassenden GraVen. Die im vorgelegten Standortschema darge- s t e l l t en Gr~Ben und Abh~ngigkeiten werden als landschafts~kologisch wicht ige Natur- haushaltsgr~Ben betrachtet und er fU l len folgende Bedingungen:

I . Sie sind Komplexgr~Ben, das heiBt sie sind Summe oder Integrat ion anderer Pro- zesse eines Teilkomplexes. (Soweit solche Gr~Ben nicht bekannt sind, mUssen sie g l e i chze i t i g durch besondere Untersuchungen erschlossen werden.)

2. Sie k~nnen in s ta t i s t i schen Mengen er fa#t werden, da Zusammenh~nge nur auf d ie- sem Wege belegbar werden.

3. Sie kSnnen sowohl in z e i t l i c h e r als auch in rZumlichez-Ausdehnung erfaBt wer- den.

4. Sie k5nnen g l e i c h z e i t i g mit a l len Ubrigen Daten erfaBt werden.

5. Es sind Daten, die mindestens zum Tei l punktweise in amtlichen MeSnetzen und im Rahmen anderer Untersuchungen auch erfaBt werden.

In diesem Zusammenhang muB noch auf einen wichtigen methodischen Aspekt hingewie- sen werden. Viele Methoden und Techniken sind in der komplexen Standortanalyse nicht e insetzbar, wenn fur die zu messenden Gr~Ben die obengenannten Bedingungen eingehalten werden sol len (insbesondere Bedingung 2, 3 und 4), weil sie in f inan- z i e l l e r oder z e i t l i c h e r Hinsicht zu aufwendig sind (Beisp ie le: unges~tt igte Le i t - f~h igke i t , Transpirat ion von Pflanzenbest~nden, Umverteilung von N~hrstof fb in- dungsformen im Boden). Der Landschafts~kologe i s t deshalb gezwungen, bestehende Methoden zu vereinfachen oder neue Methoden zu erproben, was meist mUhsame Klein- a rbe i t und einen groBen ze i t l i chen Aufwand bedeutet.

3.2.2. ~!~_~@~g~Yig~!~

"Exaktheit in der Ukologie bedeutet nach O. STOCKER (1957), dab man sich Rechen- schaft ablegt Uber die Fehlerquellen und Aussagegrenzen; sie darf nicht mit nume- rischer Genauigkeit verwechselt werden." (E. NIEMANN 1973, 11).

Jede auch noch so genaue Einzelmessung bringt immer nur einen Singul~rwert, der fur ein landschaftliches Ukosystem, das sich ja im FlieBgleichgewicht befindet, wenig Aussagekraft besitzt. Nach E. NIEMANN (1973, 11) mUssen auch Genauigkeits- grad und im Objekt liegende Variabi l i t~t in ein gUnstiges Verh~Itnis zueinander gebracht werden. Einfacher lieBe sich auch sagen: eine Messung sollte nie genauer sein als die Natur selbst. FUr die komplexe Standortanalyse muB zus~tzlich gefor- dert werden, dab alle GraVen der verschiedenen Vorg~nge mit gleicher Genauigkeit

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gemessen werden, denn nur so sind sie e i n h e i t l i c h und verg le ichbar in ein Modell e inzubr ingen.

Im oben gesetzten Rahmen s t e l l t sich nun die Frage nach den akzeptablen Fehler- grenzen. Die technische MeBgenauigkeit der meisten gebr~uchlichen Instrumente l i e g t im Gel~ndeeinsatz nach bisher igen Erfahrungen bei I - 2 %. F~r Unregelm~Big- keiten beim einzelnen MeBvorgang und systematische Fehler sind in der Regel noch- mals 2 - 3 % zu veranschlagen. Dies e rg ib t einen Fehler von s icher 5 % f~r E inze l - messungen, in manchen F~llen sogar noch mehr. Der Landschafts~kologe muB sich Uber die Konsequenzen im klaren sein: in e iner d re ig l i ed r i gen MeBkette z.B. der Wasser- bewegung zum und im Boden kann sich der Fehler e iner Wertegruppe auf 15 % aus- wachsen. In der MeBreihe wird jedoch dieser Fehler durch eine groBe Zahl Ver- fleichsmessungen und die M i t t e l b i l dung wiederum reduz ie r t . Gerade darin ! i e g t die besondere Bedeutung der Massenerfassung yon Daten, die damit in der Landschafts- 5kologie unbedingt e r f o rde r l i ch i s t .

Nach bisher igen Erfahrungen scheint es u n r e a l i s t i s c h , noch mehr Genauigkeit yon landschafts~kologischen Daten zu erwarten als eben beschrieben. Der datenfordern- den Praxis muB das mit Nachdruck klargemacht werden, um endl ich die land l~u f ige Meinung, Daten der anorganischen Umwelt seien " r e l a t i v l e i c h t " zu erfassen, zu ko r r ig ie ren . Unter dem Aspekt, dab Te i lb i lanz ie rungen l andscha f t l i che r gkosysteme Prognosen zulassen, i s t auch eine T e i l q u a n t i f i z i e r u n g mit I0 oder 15 % Fehler ein auBerordent l ich wer tvo l les Resul tat .

4. DER STANDORTREGELKREIS

Im Rahmen des landschafts~kologischen Forschungsprogrammes am Basler Geographischen I n s t i t u t , das von H. LESER (1975, 55 - 78) ausfUhr l ich dargelegt wurde, wird ein Repr~sentat ivgebiet in der n~heren Umgebung der Stand landschaf tshausha l t l i ch q u a n t i f i z i e r t . (Methodisches Konzept der Feldforschung siehe Kap. 5.) Mit dem vor- l iegenden Regelkreis werden die der Feldforschung zu Grunde l iegenden Model lvor- ste l lungen da rges te l l t . Unter Standort wird dabei eine Testf l~che (GreBe bis 1 ha) innerhalb e iner landschafts~kologisch wirksamen Boden- oder Nutzungseinheit ver- standen. Die Gesamtheit der erfaBten Gr~Ben i s t auf die wei ter oben besprochenen Bedingungen ausger ich te t , wobei verschiedene Faktoren wie Sorpt ionskapazi t~ t , Bo- dentemperatur, Turbulenz usw. auf ihre Eignung als Komplexgr~Ben landschafts~kolo- gischer Grundeinheiten zun~chst untersucht werden m~ssen.

Es muB betont werden, dab es sich beim vorgelegten Faktorenschema n i ch t um ein rechenbares Modell handelt . Ein solches Vorhaben w~re fu r die zur Debatte stehende Dimsneion auch n i ch t zu rech t fe r t i gen . Es handelt sich auch n i ch t um ein Modell, das in der Kausa l i t~ t eines einzigen Standortes zu v e r i f i z i e r e n w~re. Vielmehr geht es darum, die fo rmu l ie r ten Faktoren und Abh~ngigkeiten durch eine Anzahl von Vergleichen in topologischen Raumeinheiten abzu le i ten , also meBtechnisch ve rg le i - chend q u a n t i t a t i v vorzugehen.

4.1. Der Forschungsansatz

An Hand e iner Reihe von Thesen so l len im folgenden die Vorstel lungen Uber den Standort e r l ~ u t e r t werden, die den landschaf tshausha l t l i chen Untersuchungen zu Grunde l iegen.

i . Der Standort i s t in die Part ialkomplexe Boden, Substrat , Humus und Vegetation e ingebet te t . Diese in sich hochkomplexen Gebilde werden im Rahmen der Haushalt- untersuchung als geschlossene Kompartimente be t rach te t , innerhalb derer und zwi- schen denen sich ein Wasser-, N~hrs to f f - und Energiehaushalt absp ie l t . Nur wenn die Part ialkomplexe n i ch t we i te r in ihre Systemelemente aufgespalten werden, i s t gew~hr le is te t , dab mit H i l f e der Kart ierung Standorthaushaltwerte auf die Fl~che e x t r a p o l i e r t werden k~nnen. In d ieser Kompartimentzusammenfassung (im Sinne von "black boxes") l i e g t der entscheidende Unterschied zu Forschungseinrichtungen wie

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1978

Fig.

i: Der Regelkreis des landschafts6kologischen

Standorts

Boden~kologie, Pflanzen~kologie, Mikrometeorologie usw.. Es mu~ ausdrUcklich be- tont werden, da# die Kartierung vin Partialkomplexen die d e t a i l l i e r t e Aufnahme ihres statischen Zustandes einschl ie~t (z.B. Laboranalyse des Bodenprofils, Be- stimmung der physikalischen Kennwerte des Substrats usw.).

2. Der Standort i s t p r i nz ip ie l l bel iebig unter te i lbar . Im landschaftlichen Uko- system w~re jedoch gerade das Gegenteil anzustreben, n~mlich die Zusammenfassung m~goichst v ie le r Systemelemente zu aussagekr~ftigen Komplexgr~Ben. Komplexgr~en k~nnen Resultierende, Summen oder Differenzen anderer GrS&en sein und mUssen durch die komplexe Standortanalyse auf ihre Korrelation mit den zu Grunde liegenden Sy- stemelementen getestet werden. Die landschafts~kologische Brauchbarkeit wird al - lerdings zum groSen Tell erst entschieden dutch die MSglichkeit der fl~chendecken- den Erfassung in Netzen.

3. Am Standort kSnnen meSbare und berechenbare GraVen erfaSt werden. Im Sinne e i - ner sauberen Modellierung i s t aber unbedingt anzustreben, Berechnungen nur mit Werten durchzufUhren, die am Standort selbst gemessen wurden. Einige wichtige Gra- Ven (z.B. Strahlungssumme, W~rmestrom) erh~It man ohnehin nur Uber Berechnung mit N~herungsformeln, deshalb erscheint es als grundlagende Voraussetzung, da~ minde- stens die eingesetzten Werte Originalcharakter haben.

4. Al le naturhaushaltlichen GraVen treten auch am Standort mit einer mehr oder we- niger groSen Streuung auf. Diese Streuung mu~ bekannt sein und mit Hi l fe von Pa- rallelmessungen bestimmt werden, vor allem auch entscheidend is t fur die Bestim- mung der Homogenit~t und Fl~chenrepr~sentanz.

5. Gr~Sen, die aus meStechnischen GrUnden nur an einzelnen Punkten eines Standort- regelkreises erfaSt werden k~nnen, sind - soweit es sich um Prozesse handelt - un- bedingt auch zu messen. Sie kDnnen jedoch nicht in die Gesamtbilanz eingebaut wer- den, was eine Trennung n~tig macht zwischen bilanzierf~higen und kennzeichnenden GraVen. Genauigkeit und Gesamtheitscharakter sind fur die verschiedenen erfa~baren Gr~Sen leicher nach wie vor sehr unterschiedlich.

6. Der Physiotyp mit seinem Standort i s t die unterste Einheit landschaft l icher Typisierung. Wesentliches Kriterium fur die Datenbeschaffung in Modellgebieten sind die Anforderungen h~herer, planungsrelevanter geographischer Dimensionen. Es sol l ten komplexe Daten produziert werden, die in die Landschaftsplanung "weiter- gegeben" werden kSnnen. Beispiele: Speicherf~higkeit und Sickerraten verschiedener Substrate, Bodenn~hrstoffstufen von Bodenformen, Bodenentwicklungszust~nde ver- schiedener Nutzungstypen, Bezugsdaten (z.B. H~ufigkeit von Temperaturabweichungen) fur die praktische Anwendung von Daten der Hauptklimastation.

4.2. Grunds~tzliche Eigenschaften

Die im Forschungsansatz aufgestel l ten Thesen und die welter oben begrUndeten grund- s~tzlichen Anforderungen geben den Rahmen fur die Formulierung des Regelkreises. Seine wesentlichen Eigenschaften lassen sich wie fo lg t zusammenstellen:

i . Er legt die Vorstellungen Uber die Konkretisierung der komplexen Standortanalyse dar und i s t somit durchaus h g p o t h e t i s c h . Die Frage nach seiner Richt igkei t kann im jetzigen Zeitpunkt nur auf den Forschungsansatz bezogen ges te l l t werden.

2. Die Verbindungen zwischen den Systemelementen sind meBbare P r o z e s s e und Steue- rungsfunktionen, haben aber nicht unbedingt den Charakter von Kausalzusammenh~n- gen.

3. Es sind im Regelkreis ausschlieSlich a k t u e l l me,bare Gr~Sen eingefUhrt. Das bringt eine gewisse Unvollst~ndigkeit mit sich, die al lerdings dem realen Stand der landschaftsSkologischen Forschung entspricht.

4. Der Regelkreis v e r e i n f a c h t bewu~t und bringt damit ein wichtiges Forschungspro- blem der topologischen Dimension zum Ausdruck: n~mlich die Tatsache, da5 die meS- technisch arbeitende LandschaftsSkologie den Geosystemen nur mit naturwissenschaft-

358

l icher Exaktheit gerecht wird, auf der anderen Seite aber fl~chendeckend eine gro- he Datenmenge erfassen muB. Dies zwingt zu Kompromissen in der Anlage von Untersu- chungen, was auch die Modellvorstellungen beeinflussen mu~.

5. Er s t e l l t in dieser Dimension vermutlich maximal Machbares dar (im instrumen- te l l quantitativen Sinn); damit soll dem Planungspraktiker gezeigt werden, was im jetzigen Zeitpunkt vonder instrumentell quantitat iv arbeitenden LandschaftsUko- logie tats~chlich geleistet werden kann.

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Fig. 2: Me~netz eines Repr~sentativgebietes. i : Regenmesser, 2 - Regensammler,

3 = BodenfeuchtemeBrohr, 4 = Trichterlysimeter, 5 : AbfluBmessung (Pegelschreiber),

6 = Klimah6tte, 7 = freistehender TemperaturmeBpunkt, 8 = BodentemperaturmeBpunkt,

9 = WindmeBpunkt, iO = Windschreiber (Basisstation), ii = StammabfluBmessung, 12

= Probeentnahme fl6che.

359

5. METHODIK

5.1. Grunds~tzliche Bemerkungen

Die Feldforschungen im Zusammenhang mit den dargelegten Vorstellungen sind sei t Anfang 1977 im Gange. Dabei wird ein landschafts~kologisches Repr~sentativgebiet (Fig. 2) der Region Basel (Bruderholz, mit Pleistoz~n Uberdeckte Tert i~rhochfl~- che) auf wasser- und n~hrstoffhaushalt l iche Standortszusammenh~nge hin unter- sucht. NatUrlich kann nicht der gesamte Faktorenkomplex g le ichzei t ig und yon Be- ginn an bearbeitet werden. Es muB n~mlich zun~chst die d e t a i l l i e r t e Kenntnis der pedo-hydrologischen und mikroklimatischen Ausstattung des Testgebietes beschafft werden, um landschaftshaushaltl ich wirksame Kompartimente abzugrenzen und zu de- f in ieren, innerhalb derer Teilsysteme angegangen werden k~nnen. Es wurde deshalb ein gestuftes Vorgehen gew~hlt, das sich wie fo lg t g l ieder t :

(1) Im ersten Schr i t t wird ein pedologisches, pedohydrologisches und mikroklima- tologisches Testgebietsinventar e r s t e l l t im Sinne einer vergleichenden Aufnahme von Bodenform, Bodenwasserhaushalt und N~hrstoffverfUgbarkeit. Diese Arbeit sol l vor allem zu einer pedodynamischen Standor tsd i f ferenz ierung fUhren und auf dem Weg des fl[chendeckenden meBtechnischen Vergleichs in Tabelle 1 und unten genannte Zu- sammenh~nge quant i ta t iv fassen. Gleichzeit ig wird in diesem Schri t t das methodi- sche Problem der Extrapolation angegangen und versucht, mit verschiedenen MeBnetz- dichten die Geltungsbereiche der Standortfaktoren abzustecken. Dieses Vorgehen z i e l t auf das Festlegen der Fl~chengrQBen eines landschaftsQkologischen Standorts. Insgesamt l i eg t das Schwergewicht des methodischen Vorgehens auf dem Vergleich und damit technisch auf MeBnetzen. Die Datenerfassung an Standorten i s t so d e t a i l l i e r t , wie sie Fig. 3 zeigt. Das methodische Konzept dieses Schrit ts wird in Kap. 5.2. kurz er l~uter t .

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Fig. 3: Schematischer Aufbau einer komplexen Standortanalyse. i = MeZrohr fur Neu-

tronensonde, 2 = Regenmesser, 3 = Klimah~tte, 4 : Windwegmesser, 5 = Auffanggef~

fur Stammablauf, 6 = Bodenthermometer, 7 : Trichterlysimeter, 8 = Lysimetergef~

(iO l) , 9 : st~ndiger Probeentnahmepunkt. Fl~che der gesamten Station: 400 m 2.

360

(2) Der zweite Schr i t t i s t der Untersuchung der Kompartimente und Teilzusammen- h~nge gewidmet. Die Arbeiten zum Teilsystem Humus und zum AbfluBverhalten eines Teileinzugsgebietes sind vol l in Angr i f f genommen. Von zoologischer Seite sind die Populationen der Milben- und Regenwurmfaunen im Zusammenhang mit den Standort- analysen gem~B Fig. 3 in der Jahresdynamik inventar is ie r t . Eine weitere Arbeit un- tersucht die standortsabh~ngige Humusformendifferenzierung und deren Zusammenhang mit Mineralisierung (N2) und Humusn~hrstoffreservoir.

(3) Das nur mit groBem technischem Aufwand quant i f iz ierbare Teilsystem Energieum- satz in der bodennahen Luftschicht und an der Erdoberfl~che k~nnte nicht vom Geo- graphischen I ns t i t u t selbst bearbeitet werden. Die dafUr notwendigen Instrumente sind teuer und die Untersuchung der einzelnen Faktoren i s t sehr zeitaufwendig. Hier besteht aber der GIUcksfall, dab das meteorologische Observatorium Basel- Binningen diese Probleme im Rahmen einer anderen Arbeit (CLIMOD-Studie) sehr aus- fUhrl ich studier t . Diese Station l i eg t am Rande des hier gezeigten Testgebietes, arbei tet im GroBlysimeter mit einem der Typsubstrate und i s t ans Bodenwasserhaus- haltsmeBnetz angeschlossen, lhre Strahlungs- und Lysimeterbilanz kann deshalb vol l in die vorliegenden Standortsuntersuchungen einbezogen werden, sofern das metho- dische Problem der Extrapolation auf die verschiedenen Typstandorte geIQst wird.

5.2. MeBnetze

Wichtigste Voraussetzung fur die Anlage der vorliegenden MeBnetze war die Tatsache, dab sich die Untersuchung zwar mit Aspekten des Bodenhaushaltes befaBt, aber in landschaftshaushaltlicher Dimension arbei tet . Diese Voraussetzung hat methodisch wesentliche Folgen, beinhaltet sie doch den Kernunterschied zur pedologischen Ar- beitsrichtung. Anstelle der de ta i l l i e r t en und mdglichst genauen Untersuchung von Einzelstandorten t r i t t n~mlich der vielfache und v i e l se i t i ge , fl~ch-ndeckende Ver- gleich. Konkret muB deshalb gefordert werden:

I . Es mu~ ein dichtes MeBnetz miz r e l a t i v einfacher Methodik (Spalte 3, Tabelle 1) eingerichtet werden. Nur so k~nnen genUgend Paralleldaten fur den Vergleich be- schafft und die sachliche V ie l se i t i gke i t gewahrt werden.

2. Es sind m~glichst Summen (meist Wochensummen) und nicht Einzelereignisse zu er- fassen, da erst Gesamtwerte landschaftshaushaltl ich bedeutsam werden.

3. Der Fl~chenbezug soll stufenweise und mehrfach durch eine Ordnung von Standor- ten, Teileinzugsgebieten und Testgebiet abgedeckt sein.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der MeBnetze im gesamten Repr~sentativgebiet. Die Ver- tei lung der Stationen stUtzt sich in erster Linie auf die verschiedenen Varianten des Faktors "Lage im Relief" und des Kompartiments Bodenform und in zweiter Linie auf die Hauptnutzungsvarianten, so da~ s~mtliche wesentliche Gel~ndevergleiche ab- gedeckt sind. Neben einer genauen, fl~chendeckenden Bodenuntersuchung wird ein solches MBenetz als das minimal Notwendige fur einen sicheren Fl~chenbezug der Standortsdaten erachtet. Neben diesen sachlichen Erfordernissen war fur die Dichte des Netzes die Voraussetzung maBgebend, da~ die gesamte Anlage wissenschaftl ich und technisch von einem Bearbeiter betreut werden kann.

Fig. 3 zeigt die schematische Anlage und AusrUstung einer komplexen Standortanaly- se. Diese Station gehbrt auch zur Arbeitsstufe ( I ) und dient vor allem der Quanti- f iz ierung des Standortswasserumsatzes. Sie i s t , technisch vereinfacht, an Beispie- le von meteorologi.schen Spezialstationen, wie sie etwa bei O. KLAUSING und G.SALAY (1976) beschrieben sind, angelehnt. An diesen Stationen werden die Untersuchungen der Teilsysteme ge,~B (2) in Kap. 5.1. durchgefUhrt.

Besondere methodische Bedeutung kommt den beiden Teilnetzen im SW und E des Repr~- sentativgebietes zu. Hier werden an 105 festgelegten Probeentnahmepunkten Boden- feuchte und Bodenn~hrstoffdaten fl~chendeckend und periodisch eGfaSt. Anhand die- set Netze soll die Extrapol ierbarkei t der Standortsdaten im Hinblick auf verschie- dene Substrate und den EinfluB der Lage im Rel ief getestet und mit der t r a d i t i o -

361

nellen Bodenformenkartierung verglichen werden. Die Netze sind so angelegt, da~ einem Gebiet mit Einheitssubstrat (LS~lehm) eines mit einer FUIIe von sandigen und tonigen Mischsubstraten gegenUbersteht. Im Abstand von ein bis zwei Monaten werden in einem Hektarenraster Proben des gesamten Wurzelraumes genommen und Ge- samtfeuchte, pH (H20) und leichtverfUgbares Mg, P und K bestimmt. Aus den resul- tierenden Zusammenh~ngen sollen fur jeden Standortstyp (sinngem~B: Pedohydrotop) die Abh~ngigkeiten zwischen Bodenform (mit ihren bodenphysikalischen Kennwerten), Lage im Relief (als Steuerungsfaktor fur den Zuschu~ durch Interf low) und Humus- form in te rp re t i e r t werden. Das Ziel besteht dabei nicht darin, korrelationsf~hige Kausalzusammenh~nge zu formulieren, die auf dieser Ebene ohnehin nicht erwartet werden k~nnen. Es sollen vielmehr die in den betreffenden landschaftlichen ~ko- systemen bestimmenden Tendenzen sichtbar gemacht werden. Daneben wird auf Fl~chen von I b i s 10 000 m 2 die jewei l ige Fl~chenvarianz der Boden- und Substratdaten er- faBt zur Def ini t ion der homogenen Fl~chengr~e, fur die jeder Standortfaktor GUI- t i gke i t hat. Damit so l l te es m~glich sein, die r~umliche Dimension zu bestimmen, innerhalb derer die dargestellten Zusammenh~nge relevant sind. Die Untergrenze dUrfte bei einigen 100 km 2, die Obergrenze bei I b i s 2 Hektaren liegen.

In Tabelle 1 sind, aufgegliedert nach den verschiedenen Extrapolationsstufen, eini- ge Fragestellungen zusammengefaBt, die im jetzigen Zeitpunkt bearbeitet werden. Die Stichwortangaben zur Methodik zeigen, dab die technischen Arbeitsweisen durch- aus bekannt und bew~hrt sind und ohne al lzu gro~en f inanzie l len Aufwand eingesetzt werden k~nnen. (Die Kosten fur die vielen Parallelger~te sind trotzdem nicht zu untersch~tzen.) Der Unterschied zu vergleichbaren Arbeiten besteht also nicht in der Wahl der Methodik, sondern in Art und Zusammenhang des Ein-atzes. Die re la t i ve V ie l se i t i gke i t von Fragestellungen und Arbeitsweisen geht natUrlich auf Kosten des Detailreichtums im Einze l fa l le . Das MaB der fur jede Dimension notwendigen Detai l - genauigkeit fur eine hieb- und st ichfeste Aussage i s t aufgrund bisheriger Unter- suchungen nicht unbedingt bekannt. Es mug also so oder so ein KompromiB geschlos- sen werden. Die V ie l se i t i gke i t wird auf dem heutigen Stand der Repr~sentativge- bietsforschung als einzig m~gliches Vorgehen betrachtet um

1. innert 2 bis 3 Jahren eine pedologisch-hydrologisch-klimatologische Inventar i- sierung einer Repr~sentativlandschaft durchzufUhren,

2. durch eine FUlle von Vergleichen einige gebietsspezifische Reglerzusammenh~nge zu formulieren und

3. Standortseinheiten zu bestimmen (oder zu typ is ieren) , innerhalb derer die for- mulierten Vorstellungen bedeutungsvoll sind und demzufolge Teilsysteme unter- sucht werden k~nnen.

5.3. Fazit

Die hier kurz dargestel l te Methodik und die zugrundeliegenden theoretischen Vor- stellungen sind auf das Erkennen von landschafts~kologischen Zusammenh~ngen (vor allem auch Prozessen) und nicht auf Bilanzierung von Landschaftseinheiten ausge- r ich te t . Es wurde versucht, eine Arbeitsweise zu entwickeln , mit der auf sicherer Grundlage die bkologischen Zusammenh~nge in den aus naturwissenschaftl icher Sicht auSerordentlich komplexen Raumeinheiten der topologischen Dimension dargeste l l t werden k6nnen. Deshalb kommt dem Vergleich die entsprechend gro~e Bedeutung zu. In diesem Sinn (und nicht als rechenbares Modell!) i s t auch das vorgestel l te Faktoren- schema zu verstehen. FUr v ie le der dargestellten Zusammenh~nge dUrfte es n~mlich auch mit gr~Stem technischen Aufwand schwer sein, sichere Kausalbeziehungen her- zustel len. Es scheint vielmehr wicht ig, in Geosystemen Tendenzen von Reglern und ProzeSzusammenh~ngen zu erkennen und sie mit H i l fe theoretischer Vorstellungen r i ch t ig zu interpret ieren. In diesem Sinn wird im beschriebenen Ansatz gearbeitet.

362

Tab. I: Zusan~enstellung der in einem ReprAsentativgebiet bearbeiteten Probleme

Fragestellung

erfaBte Gr6Ben

angewandte Methodik

Verbreitung und reliefabh~ngige Verge-

Bodenart

Bohrtiefe i - 2 m

sellschaftung yon Substrat und Bodenform

Physikalische und chemische Kennzeich-

PV, PGV, K6rnung,

Laboranalyse

~ nung der Leitprofile

pH, N, C, Carbonate,

~ ~

Fe, Mg, P, K, SK

~ ~

--

~ Jahresgang des BW-Haushaltes der Typ-

Volumfeuchte

:Neutronensonde

substrate

(vor allem im Hinblick auf den

(schichtweise)

~ EinfluB des Tongehaltes im Unterboden)

~ EinfluB der Lage im Relief auf den

Windweg

Wochensummen, Verfahren des Vergleichs mit

:mlbodennahen Luftumsatz

Stammstation,

jeder MeBpunkt w~hrend 4 Wo-

o~

m ~

chen besetzt

m HAufigkeit und Verteilung der re!iefab-

Temperaturminimum

w~chentliche Ablesung

hAngigen Temperaturabweichungen

Niederschlagsverteilung

Wochensummen

Hellmann

Einflu8 von Relief, Substratvarianten und

Gesamtfeuchte

feste Probeentnahmenetze,

Bestimmung gravi-

Vegetation auf BW-Gesamtgehalt.

Extrapo-

metrisch, Probeentnahme alle 4 bzw. 8 Wocher

ilation der Standortsbodenfeuchtemessungen

EinfluB des Standorts auf die Verf~gbar-

leicht verf~gbares Mg,

Probeentnahmenetze,

Probeentnahme alle 4

keit der N~hrstoffe

P und K (fl~chendeckend)

bzw. 8 Wochen, Laboranalyse

Verteilung des Jahresabflusses und AbfluZ- Abflu~,

Intensit~t und

Pegelschreiber

verhalten bei Starkniederschl~gen in Ab-

Verteilung der Nieder-

Regenschreiber

h~ngigkeit vom Substrat und Niederschlags- schl~ge

menge

FormuLierung des Zusammenhangs Bodenform-, alle MeBnetzgr6Ben,

Sickerwasser:

Trichterlysimeter zur Bestim-

BW-Haushalt-, N~hrstoffverf~gbarkeit

Sickerwasser

mung von austropff~higen Perioden

Einflu~ der Vegetationsdecke auf Luft-

Temperaturextrema und

Registrierung und w6chentliche Ablesung

und Bodentemperatur

-mittel in 50 cm H6he

I

im Ah-Horizont

0

<

N~hrstoffinput durch N in AbhAngigkeit

mittlere N6hrstoffkon-

Einheitsverfahren

f~r Wasseranalysen

vonder

relativen Lage zum Agglomerations- zentrationen des N

zentrum

~4

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