Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

13.11.2017

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosystemen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt – verschiedene Pflanzenarten übernehmen in einem Ökosystem unterschiedliche Funktionen – sind in der Regel über lange Zeiträume ertragreicher und stabiler als weniger artenreiche Wälder.


Diversität der physiologischen Merkmale des Waldes (Blattgehalt an Chlorophyll, Karotinoiden und Wasser) dargestellt als funktionale Reichhaltigkeit auf Flächen mit 90 m Radius.

UZH


Räumliche Zusammensetzung der physiologischen Merkmale des Waldes (Blattgehalt an Chlorophyll, Karotinoiden und Wasser). Die Farbe entspricht den relativen Merkmalsanteilen pro Pixel (6x6 m).

UZH

Zudem nutzen vielfältige Pflanzengemeinschaften die Ressourcen stärker und effizienter. Solche Ökosysteme sind produktiver und stabiler und bewältigen Umweltveränderungen besser – eine Art «Versicherungseffekt» der Biodiversität. Sie sind auch weniger anfällig gegenüber Krankheiten, Insektenbefall, Feuer und Stürmen.

Ganze Waldökosysteme aus der Luft untersuchen

Die funktionale Vielfalt von Pflanzen lässt sich direkt messen, indem ausgewählte morphologische und physiologische Merkmale eines Waldes aus der Luft bestimmt werden. Früher waren dazu sehr arbeitsintensive Feldarbeiten am Boden erforderlich. Diese beschränkten sich daher auf wenige messbare Merkmale grösserer Parzellen bzw. auf viele Merkmale von sehr kleinen Parzellen oder einzelnen Bäumen.

Forschende der UZH und des California Institute of Technology / NASA Jet Propulsion Laboratory haben nun eine neue Methode entwickelt, um die Vielfalt von Wäldern mittels Fernerkundung von kleinen bis zu grossen Massstäben abzubilden. Das Verfahren funktioniert unabhängig von zuvor ermittelten Vegetationseinheiten oder Arteninformationen, und ohne die Messwerte mit jenen am Boden abgleichen zu müssen.

Getestet wurde das Verfahren auf dem Gebiet der Lägern, ein gemässigtes Mischwald-Ökosystem in der Nähe von Zürich, Schweiz. «Mit Fernerkundung haben wir die einzigartige Möglichkeit ganze Waldökosysteme zu untersuchen. Indem wir von oben auf die Blätter der Baumkronen blicken, können wir ihre funktionalen Merkmale kontinuierlich über sehr grosse Flächen kartieren», sagt Michael Schaepman, Professor für Fernerkundung am Geografischen Institut.

Funktionale Merkmale zeigen Aktivität und Gesundheit der Bäume

Mit Hilfe eines Lasers tasteten die Wissenschaftler aus der Luft morphologische Merkmale des Waldes wie die Höhe der Baumkronen, die Laub- und Astdichte ab. Diese Messungen zeigen, wie das Sonnenlicht von der Architektur der Baumkronen aufgenommen werden kann, um Kohlendioxid aus der Luft in organischen Kohlenstoff umzuwandeln und für das Wachstum zu nutzen. Ist die Struktur eines Baumkronendachs vielfältiger, verteilt sich das Licht besser zwischen den vertikalen Schichten und den einzelnen Baumkronen, was eine effizientere Ausnutzung des gesamten Lichteinfalls ermöglicht.

Weiter analysierten die Wissenschaftler mit einem Spektrometer von einem Flugzeug aus auch biochemische Merkmale des Waldes. Aus der Art, wie Blätter das Licht in diversen Wellenlängen reflektieren, lassen sich physiologische Eigenschaften der Blätter wie der Gehalt an Pigmenten (Chlorophylle, Carotinoide) und an Wasser ableiten. «Diese physiologischen Merkmale geben Aufschluss über Aktivität und Gesundheitszustand der Bäume. Wir sehen etwa, ob ein Baum unter Wasserstress leidet, wie dieser reagiert oder sich an die Umwelt anpasst», ergänzt Schaepman.

Diversitätsmuster stimmen mit Topografie und Boden überein

Zur Validierung ihrer Methode verglichen die Forschenden ihre Ergebnisse mit Feldmessungen an einzelnen Blättern, mit Bestandesdaten sowie mit Werten aus Datenbanken, die funktionale Merkmale enthalten. Mit Hilfe von Computermodellen konnten sie die Diversitätsmuster der morphologischen und physiologischen Merkmale in diversen Massstäben bestimmen – von der lokalen Vielfalt zwischen einzelnen Bäumen bis hin zu grossflächigen Mustern von ganzen Pflanzengemeinschaften.

Das Team fand eine grosse Übereinstimmung der gemessenen Diversitätsmuster mit Umweltfaktoren wie Bodeneigenschaften und Topografie. So zeigte sich etwa eine geringere Diversität unter den raueren Umweltbedingungen entlang des Berggrats, wo sich die Bäume an die trockenen, steilen, flachen und felsigen Böden angepasst haben.

Potenzial zur Messung aus dem Weltraum

«Dank Fernerkundung können wir nun die Vielfalt von Wäldern messen und überwachen, so dass wir Veränderungen im grossen Massstab beobachten und räumliche Informationen für Naturschutz- und Klimaschutzstrategien bereitstellen können», betont Michael Schaepman. Da die Methodik nur durch die Verfügbarkeit fortschrittlicher Sensoren begrenzt ist, ebnet diese Arbeit den Weg für zukünftige Flug- und Satellitenmissionen zur Überwachung der globalen Pflanzenvielfalt aus der Luft und aus dem Weltraum.

Literatur:
Fabian D. Schneider, Felix Morsdorf, Bernhard Schmid, Owen L. Petchey, Andreas Hueni, David S. Schimel, Michael E. Schaepman. Mapping functional diversity from remotely sensed morphological and physiological forest traits. Nature Communications. 13 November 2017. DOI: 10.1038/s41467-017-01530-3

Kontakt:
Prof. Dr. Michael Schaepman
Remote Sensing Laboratories
Geografisches Institut
Universität Zürich
Tel. +41 44 635 51 60
E-Mail: michael.schaepman@geo.uzh.ch

Weitere Informationen:

http://www.media.uzh.ch/de/medienmitteilungen/2017/Biodiversitaets-Fernerkundung...

Kurt Bodenmüller | Universität Zürich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht David statt Goliath: Kleinharvester-Demonstrator auf der Fachmesse „Interforst“ in München
17.07.2018 | Technische Hochschule Wildau

nachricht Vorwarnsystem per Handy-App: Extremwetterschäden in der Landwirtschaft vermeiden
02.07.2018 | Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics