Satellitenbasierte Indikatoren zum Monitoring von Wiedervernässungsmaßnahmen

Federführendes Institut BW Institut für Betriebswirtschaft

Beteiligte Institute BW Institut für Betriebswirtschaft

Wiedervernässte Moorfläche mit beispielhaften Ergebnissen einer spektralen Entmischung

Entwicklung von Hyperspektralen Indikatoren zum Monitoring von Wiedervernässungsmaßnahmen auf Niedermooren

Über 95% der Moore in Deutschland sind für die land- und forstwirtschaftliche Nutzung entwässert. Durch Wiedervernässung und Nutzungsanpassung können erhebliche Mengen von Treibhausgasemissionen vermieden werden. Das Projekt soll das Potential von neuen Fernerkundungssystemen für ein Monitoring solcher Maßnahmen aufzeigen.

Hintergrund und Zielsetzung

Landwirtschaftlich genutzte Moorflächen emittieren durch die Mineralisierung organischer Böden rund 43 Mio. t CO₂-Äquivalente, die ca. 5% der gesamten Treibhausgasemissionen in Deutschland ausmachen. Im Klimaschutzprogramm 2030 und im Klimaschutzplan 2050 nennt die Bundesregierung die Wiedervernässung von Mooren auf nationaler Ebene explizit als wesentlichen Faktor, um das Ziel von deutlichen CO2-Emissionsminderungen zu erreichen. Besonders im landwirtschaftlichen Sektor können durch die Wiedervernässungvon Mooren auf einer relativ kleinen Fläche große Mengen an Emissionen eingespart werden.

Die Kontrolle des Verlaufs der Wiedervernässung an sich und auch die Evaluation nachhaltiger Nutzungskonzepte (z. B. Paludikultur) bedürfen eines regelmäßigen Monitorings. Wiedervernässung von Moorflächen führt wegen der neuen, feuchten Situation unter anderem zu grundlegenden Veränderungen der Vegetation bzw. Artenzusammensetzung. Der Grad der Wiedervernässung, die intra-annuale Schwankung der Wasserstände und letztlich auch die Dauer seit Beginn der Wiedervernässung wirken sich auf die Vegetation und Landnutzung aus. Diese Veränderungen werden im Projekt ReWetSpec mit Hilfe verschiedener Sensorsysteme auf unterschiedlichen räumlichen Skalen (mit Feld-, Drohen-, Befliegungs- und Satellitendaten) untersucht. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung des Potentials von hyperspektralen Satellitendaten der EnMAP- (Environmental Mapping and Analysis Program) Satellitenmission für ein Monitoring der Wiedervernässung.

Das Ziel des Projekts ist die Gewinnung eines umfangreichen Prozessverständnisses zum Einfluss von Wiedervernässungsmaßnahmen auf die spektralen Reflexionseigenschaften von Moorvegetation sowie den entsprechenden raum-zeitlichen Gradienten der Reflexion. Basierend darauf wird ein Workflow zur Kartierung des Vorkommens von Vegetationstypen (Arten oder Artengemeinschaften) entwickelt. Darüber hinaus soll der potenzielle Mehrwert von EnMAP-Daten im Vergleich zu Copernicus-Daten (Sentinel-1 und 2) für das Grünlandmonitoring (siehe Projekt CopGruen) auf Niedermoorflächen evaluiert werden.

Vorgehensweise

Die Arbeiten konzentrieren sich auf das Untersuchungsgebiet Peenetal nahe Demmin in Mecklenburg-Vorpommern und anliegende Flusstäler mit Durchflutungsmooren. Diese wurden über unterschiedlich lange Zeiträume wiedervernässt oder werden weiterhin drainiert und landwirtschaftlich genutzt. Für diese Flächen liegen bereits umfangreiche Datensätze vor, die im Laufe des Projekts durch eigene Datenerhebungen (der Projektpartner an der Universität Greifswald) ergänzt werden. Um Skaleneinflüsse detailliert untersuchen zu können, werden Spektralinformationen sowohl im Feld (nicht-abbildende Feldspektroskopie), mit Drohnen, als auch mit verschiedenen Satellitensensoren erhoben und ausgewertet (Sentinel-1, Sentinel-2, EnMAP). Im ersten Schritt werden die Zusammenhänge zwischen Vegetationszusammensetzung, Artenvielfalt und spektraler Diversität untersucht und Ansätze zur Quantifizierung des Vorkommens von Vegetationstypen, sowie deren Veränderung über die Zeit getestet. Im zweiten Schritt sollen die Ergebnisse mit bestehenden Diensten zum Grünlandmonitoring zusammengebracht werden, um potentielle Synergien verschiedener Sensorsysteme zu bewerten.

Daten und Methoden

Gemeinsam mit dem Projektpartner Universität Greifswald werden während der Vegetationsperiode umfangreiche Daten auf verschiedenen Skalen, von der Blatt-/Pflanzenebene bis zur regionalen Ebene, erhoben:

Vegetationskartierungen zu Informationen der Artenzusammensetzung
Nicht-abbildende Feldspektroskopie, von Pflanzenbestandteilen über reine Arten bis hin zu Artengemeinschaften
Monatliche Befliegung mit UAV, mit multi- / hyperspektralen Sensoren
Multi-temporale hyperspektrale Satellitendaten (EnMAP)
Radar- (Sentinel-1) und optische, multispektrale (Sentinel-2) Satellitendaten

Unsere Forschungsfragen

Welche Zusammenhänge gibt es zwischen Reflexionseigenschaften und verschiedenen Vegetationstypen auf wiedervernässten Niedermoorflächen?

Was ist der Mehrwert von hyperspektralen Satellitendaten gegenüber operationell verfügbaren Copernicus-Daten (Sentinel-1/-2) für die Beschreibung und Quantifizierung von Vegetation und Landnutzung im Niedermoor?

Welche raum-zeitlichen Gradienten der Moornutzung und Vernässung lassen sich erkennen?