Description and prediction of the dispersion of Ambrosia artemisiifolia L. (common ragweed) as diffusion process

Invasive Pflanzen stellen eine Gefahr für unser Ökosystem und unsere Gesundheit dar. In der Vergangenheit wurde gezeigt, dass für die Ausbreitung von Pflanzen und Tieren Diffusionsmodelle verwendet werden können. In dieser Dissertation wird die Ausbreitung anhand einer Musterpflanze, der invasiven Ambrosia artemisiifolia L. (das Beifußblättrige Traubenkraut oder Ragweed) simuliert, parametrisiert mit Hilfe von 512 dokumentierten Funden aus der Musterregion Österreich und Bayern bis zum Jahr 2005. Diese Funddaten zeigen, dass sich die Ausbreitung in den letzten Jahren der Erhebung bis 2005 beschleunigt hat. Es kann angenommen werden, dass die Ausbreitung in den nächsten Jahrzehnten durch den Klimawandel noch weiter zunimmt,da die Musterpflanze wärmeliebend ist. In dieser Arbeit wird die Ausbreitung bis zum Jahr 2050 sowohl unter Annahme eines gleichbleibenden Klimas als auch mit zwei Klimawandelalternativen (d.h. Temperaturerhöhung von 0.025 °C und 0.04 °C pro Jahr, äquivalent zu einer Temperaturerhöhung von 1.5 °C und 2.4 °C von 1990 bis 2050) simuliert. Da Ambrosia artemisiifolia L. ein Auslöser für starke Pollenallergien ist, werden auch Möglichkeiten die Ausbreitung einzudämmen diskutiert. Daher wurden Managementpläne unter der Annahme von begrenztem Budget eingebaut, um Kosten für Such- und Vernichtungsprozesse darstellen zu können. Nutzen-Kosten Analysen zeigen, dass es ratsam ist, nur einen Teil der Musterregion, festgelegt nach Habitateignung, nach Ambrosia artemisiifolia L. abzusuchen. Weiters wird der Managementerfolg höher, wenn die Zellen in absteigender Habitateignung anstatt zufällig abgesucht werden. Wenn mehr Geldmittel zur Verfügung stehen, steigt die optimale Anzahl an abzusuchenden Zellen. Die Kosten für das Management wurden zunächst in abstrakten Werteinheiten berechnet und anschließend in Euro beziffert, um eine Nutzen-Kosten Rechnung durchführen zu können. Diese Managementkosten werden dabei mit den entstehenden Gesundheitskosten aufgrund von Pollenallergien verglichen. Daher wurde auch der Pollenflug in diesem Modell simuliert, um die Pollenbelastung in den einzelnen Zellen der Musterregion herauszufinden. Es hat sich gezeigt, dass die Einsparungen an Gesundheitskosten, verglichen mit einem Szenario ohne Management, die Kosten des Managements bei weitem übertreffen und sich somit ein NutzenKosten Verhältnis von 10:1 ergibt (d.h. pro eingesetztem Euro im Management ergeben sich Einsparungen in den Gesundheitskosten von zehn Euro). Die Einsparungen üb er die gesamte Managementperiode (2011 bis 2050) summieren sich zu 12 Milliarden Euro für die stärkere Temperaturerhöhung von 0.04 °C pro Jahr.Invasive alien species cause a major threat to our ecosystems and health. In the past it was shown that the processes of diffusion can be used to model the spread of plants and animals. In this thesis the spread on behalf of the study species Ambrosia artemisiifolia L. (common ragweed) is simulated, parametrized according to 512 documented infested sites in the study region Austria and Bavaria, until the year 2005. This presence absence data show that the dispersion has accelerated in the last years of the investigation until 2005. It can be assumed that due to climate change the spread will even get worse in the next decades as the study species is thermophile. In this thesis the dispersion is simulated until the year 2050 under current climate as well as under two different climate change assumptions (i.e. temperature increase of 0.025 °C and 0.04 °C per year equivalent to an increase in temperature of 1.5 °C and 2.4 °C from the year 1990 until 2050). As Ambrosia artemisiifolia L. causes a lot of pollen allergies the possibilities of curtailing its further spread is discussed. Therefore, management schemes under constrained budget are implemented to illustrate the costs of surveillance and eradication processes. Benefit-cost analyses show that it is wise to manage only a subset of the cells of the study area, determined by the habitat suitability. Further the management success is much higher when selecting the cells to be surveyed every year in order of decreasing habitat suitability rather than by random. For higher available budgets the optimum number of cells to be surveyed increases. The cost for management was first calculated in abstract values and then specified in Euro to be able to carry out benefit-cost calculations. The costs for management are thereby compared with arising health costs due to pollen allergies. Therefore, pollen flight is implemented into the spread model to be able to determine the pollen pressure in the cells of the study region. It proved that the savings in health costs, compared to the business-as-usual scenario (i.e. without management), outreach the costs for management by far resulting in a benefit-cost ratio of 10:1 (i.e. one Euro spent in management results in ten Euro savings for health costs). The savings throughout the management period (2011 until 2050) accumulate to 12 billion Euro for the more extreme temperature increase of 0.04 °C per year