GIS-gestützte Analysen zur möglichen Gefährdung von Naturschutzgebietendurch den Anbau gentechnisch veränderter Kulturpflanzen

Environmental Sciences Europe, May 2008

Background, Aim, and Scope The introduction of genetically modified plants (GMP) into the European agriculture primarily has been investigated in respect of economical aspects, its impacts on conventional crops, and direct or indirect effects on human health. Potential ecological impacts, especially their long term and large scale implications, were out of focus, usually. A special task is to protect the integrity of nature reserves. According to § 23 of the German Nature Protection Law (BNatSchG) nature reserves are to protect nature and landscape properties by preserving and developing existing as well as by re-establishing biotopes of wild and endangered species. According to § 34a of the BNatSchG the use of GMP has to be accompanied by an environmental impact analysis of possible risks like it has to be done in projects affecting the integrity of Flora-Fauna-Habitats (FFH) or European bird sanctuaries. Considering this, the joint research project “Recommendations for isolation distances concerning the cultivation of genetically modified plants in the neighbourhood of protected areas” which was promoted by the Federal Agency for Nature Conservation (BfN) aimed at describing possible risks for biocoenoses in conservation areas that could be caused by the cultivation of GMP in their vicinity and at evaluating measures which could mitigate or hinder negative effects. The article at hand concentrates on describing the implications which would emerge when introducing different isolation distances concerning the cultivation of herbicide resistant oil seed rape (HR-OSR) and insect resistant maize (B. t.-maize) near protection areas. On the other hand, a methodology is introduced which was developed to classify the German nature reserves according to their potential endangerment by GMP cultivation and to minimise calculation efforts for modelling possible impacts. Materials and Methods In 2003, there were around 7,400 nature reserves which covered 3 % of the whole territory of Germany. A geographical information system (GIS) was used to integrate geometries of conservation areas, land use data (CORINE landcover), agricultural information on district level as well as a map of German ecoregions. At first, it was evaluated how much arable land for B. t.-maize or HR-OSR cultivation would remain if introducing different isolation distances around nature reserves (NSG). Furthermore, the NSG were aggregated to several homogenous classes reflecting different levels of cultivation intensities in their vicinity and different geometric properties. This was realised calculating a geometric coefficient (GC) which describes the ratio of periphery and area of each NSG in order to abstract the risk of GMP invasion. The density of maize and rape cropping near the NSG was expressed by a cultivation coefficient (CC). According to regional agricultural surveys, this was calculated by adding up the area of maize and rape fields within a radius of 1,000 m (maize) and 4,000 m (rape), respectively, around the NSG. Results Considering an isolation distance of 1,000 m around the NSG, 90 % of the farmland in Germany would be available for GMP cultivation. 50 % would remain when establishing an isolation distance of 4,000 m. The combination of GC and CC resulted in a total of nine risk categories (RC) describing the potential risk of endangerment by GMP cultivation in the vicinity of NSG. Areas with highest risk were grouped in RC nine where the smallest NSG (+ GC) in the main cultivation areas of maize or corn (+ CC) were summarised. With a numerical proportion of 7 % those sites cover only 0.4 % of total area of all NSG. All nature reserves showing highest CC values had a total proportion of 60 %. Discussion The derivation of GC and CC was based on a hierarchical approach and was implemented by complex GIS procedures. This makes it easy to calculate additional values for different GMP, protection areas or isolation distances. The RC were useful for choosing representative modelling sites in order to minimise calculation efforts when modelling possible impacts of GMP cultivation in vicinity of nature reserves. Conclusions The assessment of isolation distances around protection areas should be performed for each area individually concerning the GMP specific effects and dispersal properties as well as the protected organisms and the main protection targets. Especially HR-OSR is critical because of its volunteers and hybridisation partners. Another main source of GMP dispersal into protection areas might be the contamination of conventional seeds with transgene OSR seeds. Recommendations and perspectives Before defining and applying particular measures in order to protect conservation areas from possible impacts due to GMP cultivation a political and societal discussion is necessary in order to assess which GMP induced impacts may be tolerated. This has to be supported by additional scientific studies based on empirical and estimated data evaluating possible dispersal distances of GM pollen and possible environmental impacts of released transgenes and their toxins. According to the EU Directive 2001/18/EC the cultivation of GMP should be accompanied by a case-specific monitoring and general surveillance, as well. It should be realised as soon as possible, since the release and the cultivation of GMP in Germany have been started, already. The monitoring should be complemented by the implementation of a web-based geoinformation system (WebGIS) which enables the compilation and evaluation of the data and relevant geodata.

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GIS-gestützte Analysen zur möglichen Gefährdung von Naturschutzgebietendurch den Anbau gentechnisch veränderter Kulturpflanzen

Umweltwiss Schadst Forsch (2009) 21:76–93 DOI 10.1007/s12302-008-0003-7 GVO-Monitoring • Beitragsserie GIS-gestützte Analysen zur möglichen Gefährdung von Naturschutz gebieten durch den Anbau gentechnisch veränderter Kulturpflanzen Auswirkung von Sicherheitsabständen Gunther Schmidt · Winfried Schröder Erhalten: 20. Februar 2008 / Akzeptiert: 21. April 2008 / Online veröffentlicht: 28. Mai 2008 © Springer-Verlag 2008 Zusammenfassung Hintergrund, Ziel und Zweck Der kommerzielle Einsatz von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen (GVP) wurde bislang fokussiert auf Fragen zur Koexistenz mit der konventionellen und ökologischen Landwirtschaft sowie auf mögliche Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit. Großräumige Untersuchungen zu möglichen direkten, indirekten und langfristigen Wirkungen auf natürliche Ökosysteme fehlen dagegen bisher. Besonders der Wahrung der Integrität von Naturschutzgebieten kommt hierbei eine besondere Rolle zu. Nach § 23 Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) dienen Naturschutzgebiete dem besonderen Schutz von Natur und Landschaft, indem dort existierende Biotope wild lebender Arten erhalten, entwickelt und wiederhergestellt werden sollen. Der § 34a BNatSchG setzt die Nutzung von gentechnisch veränderte Organismen (GVO) mit Projekten gleich, welche im Falle von Gebieten gemeinschaftlicher Bedeutung (Flora-FaunaHabitate, FFH) oder europäischer Vogelschutzgebiete auf ihre Verträglichkeit mit dem Schutzzweck zu überprüfen sind. Vor diesem Hintergrund wurde in dem vom Bundesamt für Naturschutz (BfN) geförderten Projekt „Abstandregelungen beim Anbau gentechnisch veränderter Pflanzen in der Nähe von Schutzgebieten“ untersucht, inwiefern Schutzgebiete von den Auswirkungen des Anbaus gentechnisch veränderter Pflanzen betroffen wären und welche Maßnahmen die Auswirkungen eines GVP-Anbaus mindern oder verhindern könnten. Im Mittelpunkt der hier vorgestellten Arbeit wird beispielhaft gezeigt, wie sich die Einführung Otto Fränzle zum 75. Geburtstag gewidmet Gunther Schmidt (), Winfried Schröder Lehrstuhl für Landschaftsökologie, Hochschule Vechta Postfach 1553, 49364 Vechta, Deutschland E-Mail: 123 unterschiedlicher Abstandregelungen zum Schutz der Artendiversität in Naturschutzgebieten auf den potenziellen Anbau von herbizidresistentem Raps (HR-Raps) und insektizidresistentem Mais (B. t.-Mais) in Nachbarschaft von Schutzgebieten flächenhaft auswirken würde. Zum anderen wird eine Methodik vorgestellt, die es ermöglicht, die in Deutschland eingerichteten Naturschutzgebiete in Gruppen unterschiedlicher Gefährdung durch einen GVP-Anbau einzuteilen, um daraus repräsentative Schutzgebiete für eine Modellierung der GVP-Ausbreitung zu bestimmen und so den Aufwand für eine Abschätzung der ökologischen Folgen eines GVP-Anbaus zu reduzieren. Material und Methoden In Deutschland gab es nach Angaben des Bundesamtes für Naturschutz (Stand: 2003) etwa 7.400 Naturschutzgebiete (NSG), die einen Anteil von 3 % der Landesfläche einnahmen. In einem geografischen Informationssystem (GIS) wurden die Schutzgebietsgeometrien mit Landnutzungsdaten aus „CORINE Landcover“ und Regionalstatistiken zur Anbaufläche von Raps und Mais sowie einer ökologischen Raumgliederung Deutschlands zusammengeführt. In einem ersten Schritt wurde untersucht, wie viel Agrarnutzungsfläche bei unterschiedlichen Sicherheitsabständen um die NSG bundesweit und je Bundesland für einen Anbau von B. t.-Mais bzw. HR-Raps noch zur Verfügung stände. In einem zweiten Schritt wurden die NSG mithilfe komplexer GIS-Analysen zu Schutzgebietstypen aggregiert, die die Variationen in der Anbaudichte von Raps oder Mais in Nachbarschaft zu den Schutzgebieten sowie deren unterschiedliche Geometrie und deren landschaftsökologische Situation widerspiegeln. Dafür wurde zunächst ein Geometriefaktor (GF) berechnet, der den Umfang eines NSG in Beziehung zu seiner Fläche als Maß für die relative Kontaktzone und Eindringtiefe der Wirkungen von GVP, z. B. über den Pollenflug, setzt. Die Intensität der GVO-Wirkungen wurde mithilfe eines Anbaudichtefaktors (AF) aus- Umweltwiss Schadst Forsch (2009) 21:76–93 gedrückt, der auf Basis von kreisbezogenen Agrarstatistiken den Anteil der kulturartenspezifischen Nutzung innerhalb einer Zone von 4.000 m (Rapsanbau) bzw. 800 m (Maisanbau) um das NSG beschreibt. Ergebnisse Bereits bei einer Sicherheitszone von 500 m um die NSG verblieben nach den durchgeführten Berechnungen noch über 94 % der Agrarflächen in Deutschland für einen Anbau von GVP, bei 1.000 m Sicherheitsabstand noch etwa 88 %, bei 4.000 m dagegen nur noch etwa die Hälfte. Die Kombination von GF und AF ergaben für jede Kulturart nach Aufteilung in jeweils drei Perzentilklassen neun Modellraumklassen (MRK), die die Variation von Gebietsgeometrie und Anbaudichte in der Umgebung des NSG widerspiegeln. Am meisten gefährdet waren demnach solche NSG, die eine große Kontaktfläche (+ GF) und eine hohe Anbaudichte (+ AF) in ihrer Umgebung aufwiesen. NSG mit dieser Konstellation hatten einen Anteil von 7 % und nahmen eine Fläche von 0,4 % aller NSG ein. Die Verschneidung mit der ökologischen Raumgliederung ergab, dass mehr als ein Drittel dieser NSG in Raumklasse 62 vorkamen. Alle NSG, in deren Umgebung die höchsten AF zu finden waren, machten jeweils bei beiden Kulturarten zusammen etwa 60 % aller NSG aus. Diskussion Der technische Ablauf der Klassenbildung erfolgte nach einem Regel basierten hierarchischen System und wurde durch Implementierung eigener GIS-Prozeduren teilautomatisiert, sodass zusätzliche Auswertungen mit anderen GV-Pflanzen, anderen Schutzgebietstypen oder anderen Abstandsweiten ohne erheblichen Arbeitsaufwand möglich sind. Die mithilfe von GIS-Operationen und häufigkeitsstatistischen Methoden berechneten Schutzgebietskategorien halfen dabei, die Folgen eines GVP-Anbaus hinsichtlich einer möglichen Gefährdung von Schutzgebieten in der Anbaupraxis abzuschätzen. Schlussfolgerungen Die Festlegung von Sicherheitsabständen um Schutzgebiete sollte in Abhängigkeit von den Ausbreitungsmechanismen und den spezifischen Wirkungen der jeweiligen Kulturart auf Nicht-Zielorganismen sowie von den jeweils vorkommenden Schutzgütern erfolgen. Besonders GV-Raps birgt aufgrund von Wildpopulationen und aufgrund seiner Kreuzungspartner ein Risiko für ein Einwandern in Schutzgebiete, selbst bei der Einrichtung von Sicherheitszonen, insbesondere wenn dort oder in den Schutzgebieten selbst konventioneller Raps angebaut wird. Dies gilt umso mehr, solange es nicht gelingt, das Saatgut frei von Verunreinigungen mit gentechnisch verändertem Saatgut zu halten. Empfehlungen und Ausblick Zur Konkretisierung und Umsetzung von Maßnahmen für die Reduzierung von Auswirkungen eines GVP-Anbaus auf Schutzgebiete bedarf es eines politischen und gesellschaftlichen Diskurses zur Abwägung, welche der Veränderungen der Schutzgüter toleriert werden können, bevor es zu einem kommerziellen Anbau 77 von GVP kommt. Hierfür sind wissenschaftliche Studien notwe (...truncated)


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Gunther Schmidt, Winfried Schröder. GIS-gestützte Analysen zur möglichen Gefährdung von Naturschutzgebietendurch den Anbau gentechnisch veränderter Kulturpflanzen, Environmental Sciences Europe, 2008, pp. 76-93, Volume 21, Issue 1, DOI: 10.1007/s12302-008-0003-7