Simulation Study for Constructing Ecological Security Pattern: A Couple d InVEST-PLUS Model Approach

In den ariden und semi-ariden Regionen Nordwestchinas ist das Land ein fragiles Gleichgewicht zwischen menschlichen Bedürfnissen und den Grenzen der Natur. Hier ist der Boden oft sandig, Wasser ist knapp und das Ökosystem wird durch den Klimawandel und menschliche Aktivitäten leicht gestört. Um zu verhindern, dass dieses Umfeld kollabiert, suchen Wissenschaftler nach einem „ökologischen Sicherheitsmuster“. Stellen Sie sich dies nicht als einen einzelnen Zaun oder eine Mauer vor, sondern als eine lebendige Karte der lebenswichtigsten Landstriche. Diese Karte identifiziert drei Schlüsselkomponenten: die „Quellen“, welche die gesündesten, am besten geschützten Naturflächen sind; die „Korridore“, welche die Pfade darstellen, die es Wildtieren und natürlichen Prozessen ermöglichen, sich zwischen diesen Flächen zu bewegen; und die „Knotenpunkte“, welche die kritischen Kreuzungen sind, an denen diese Wege aufeinandertreffen. Ohne diese Verbindungen fragmentiert die Natur, und die Fähigkeit der Region, sauberes Wasser, stabilen Boden und einen sicheren Lebensraum für das Leben bereitzustellen, beginnt zu versagen. Die Herausforderung für die Forscher besteht darin, dass das Land niemals statisch ist; es verändert sich jedes Jahr, wenn Städte wachsen, Farmen expandieren oder Wälder gepflanzt werden. Ein Plan, der heute funktioniert, könnte morgen scheitern, wenn er nicht berücksichtigt, wie das Land in der Zukunft aussehen wird.

Um dieses Rätsel für das Mu-Us-Sandland zu lösen, eine riesige Wüstenregion im Norden Chinas, die als kritische ökologische Barriere dient, entwickelte ein Team von Forschern der Yan'an University und der Chang'an University einen neuen Weg, um vorauszublicken. Anstatt das Land nur so zu untersuchen, wie es im Moment ist, bauten sie eine Computersimulation, um vorherzusagen, wie sich die Landschaft bis zum Jahr 2030 unter verschiedenen Bedingungen verändern würde. Sie stellten sich drei mögliche Zukünfte vor: eine, in der die Entwicklung natürlich ohne viel Eingriff stattfindet, eine, in der die Wirtschaft die oberste Priorität hat, und eine, in der der Schutz der Umwelt das Hauptziel ist. Mit einem hochentwickelten Computermodell namens PLUS simulierten sie, wie verschiedene Arten von Land – wie etwa Ackerland, Wälder, Grasland und Baustätten – sich in jedem dieser Szenarien über die Region hinweg verschieben und ausbreiten würden. Dies ermöglichte es ihnen zu sehen, nicht nur wo das Land heute ist, sondern wo es in der nahen Zukunft wahrscheinlich sein wird.

Nachdem sie diese zukünftigen Karten erstellt hatten, mussten die Forscher die wichtigsten Stellen finden, die es zu schützen gilt. Sie erkannten, dass es nicht ausreichte, nur einen Faktor zu betrachten, wie etwa wie viel Wasser ein Wald produziert. Sie mussten auch berücksichtigen, wie anfällig das Grundwasser für Verschmutzung und Austrocknung war. Daher kombinierten sie zwei verschiedene Bewertungen. Zuerst verwendeten sie ein Werkzeug namens InVEST, um zu messen, wie gut das Land wesentliche Dienstleistungen wie die Reinigung von Wasser, die Speicherung von Kohlenstoff und den Schutz von Lebensräumen erbringt. Zweitens verwendeten sie eine verbesserte Version eines Modells zur Grundwasseranfälligkeit, um zu sehen, welche Gebiete durch menschliche Aktivitäten und Verschmutzung am stärksten gefährdet sind. Durch das Übereinanderlegen dieser beiden Karten konnten sie die wahren „ökologischen Quellen“ punktgenau bestimmen – jene Gebiete, die sowohl für die Natur hochgradig wertvoll als auch sicher vor Grundwasser-Risiken waren. Sie fanden heraus, dass es unter einem Szenario natürlicher Entwicklung fünf Hauptquellengebiete geben würde, die etwa 13 Prozent der Region abdecken und sich hauptsächlich entlang der westlichen, östlichen und nördlichen Ränder befinden.

Nachdem die Quellen identifiziert worden waren, kartierten die Forscher anschließend, wie sich die Natur zwischen ihnen bewegen kann. Sie erstellten eine „Widerstandsfläche“, was im Wesentlichen eine Karte ist, die zeigt, wie schwierig es für ökologische Prozesse ist, verschiedene Teile der Landschaft zu durchqueren. Beispielsweise wirkt eine belebte Stadt oder ein steiler Hang als Hindernis mit hohem Widerstand, während eine Grassteppe leicht zu durchqueren ist. Unter Verwendung einer Methode, die darauf basiert, wie Elektrizität durch einen Stromkreis fließt, verfolgten sie die effizientesten Pfade zwischen den Quellen. Diese Analyse brachte sechs große ökologische Korridore hervor, die sich über insgesamt 314 Kilometer erstrecken und als Arterien für das Ökosystem der Region fungieren. Sie identifizierten auch 120 spezifische „Engstellen“, bei denen es sich um schmale Flaschenhälse handelt, an denen der Fluss der Natur am leichtesten blockiert werden kann, sowie 605 Quadratkilometer an „Barriereflächen“, die verwaltet oder bereinigt werden müssen, um das System am Laufen zu halten.

Die Ergebnisse der Studie verdeutlichen, dass die Zukunft dieser Region stark von den Entscheidungen abhängt, die heute getroffen werden. In dem Szenario, in dem die wirtschaftliche Entwicklung Priorität hat, bliebe die für Bauflächen genutzte Landmenge am höchsten, was jedoch mit dem Verlust von mehr Ackerland und der Reduzierung der Graslandflächen einherginge. Im Gegensatz dazu zeigte das auf den ökologischen Schutz ausgerichtete Szenario die größte Zunahme von Grasland und den geringsten Verlust an Wald, was darauf hindeutet, dass politische Entscheidungen die Landschaft maßgeblich formen können. Die Forscher stellten fest, dass unter einem natürlichen Entwicklungspfad die signifikanteste Veränderung in einem starken Rückgang der Bauflächen bestünde, wobei ein Großteil davon wieder zu Grasland werden würde. Sie merkten jedoch auch an, dass es nicht ausreicht, einfach das Bestehende zu schützen; das System muss dynamisch sein. Die Studie legt nahe, dass Manager, um die langfristige Gesundheit des Gelben Flussbeckens zu gewährleisten und weitere Desertifikation zu verhindern, ein Gleichgewicht zwischen wirtschaftlichen Bedürfnissen und dem strengen Schutz dieser identifizierten Quellen finden müssen. Sie empfehlen, die Korridore zu stärken, um die isolierten Naturflächen zu verbinden, und die Engstellen zu optimieren, um sicherzustellen, dass Energie und Arten frei fließen können. Indem sie diese Simulationen zur Steuerung ihres Handelns nutzen, können Planer über den statischen Schutz hinausgehen und ein belastbares Netzwerk schaffen, das sich an eine veränderte Welt anpasst.