Fernerkundung zur Borkenkäfer-Früherkennung: Potenzial und Grenzen

Der Buchdrucker (Ips typographus) befällt bevorzugt geschwächte Fichten (Picea abies) und kann bei Massenvermehrung in kurzer Zeit große Waldflächen zum Absterben bringen. Das Prinzip des Gegensteuerns ist einfach: Befallene Bäume müssen gefunden und entnommen werden, bevor die neue Käfergeneration ausfliegt und benachbarte Bäume befällt. Gelingt die Sanierung vor dem Ausflug, ist sie wirksam; danach kaum noch.

In kollinen bis submontanen Lagen Mitteleuropas fliegen die Jungkäfer typischerweise 6 bis 10 Wochen nach dem Erstbefall aus. Während dieser Zeit zeigt die Fichte nach außen wenig: Die Krone bleibt zunächst grün, während sich der Käfer unter der Rinde beginnt zu entwickeln. Erst wenn Phloem und Feinwurzeln absterben und die Wasserversorgung der Krone zusammenbricht, werden Veränderungen im Kronenspektrum sichtbar: Chlorophyll- und Wassergehalt sinken, die Temperatur steigt. Genau diese Signale erfassen optische Fernerkundungssysteme – und darin liegt ihre grundsätzliche Grenze. Die von ihnen messbaren Veränderungen setzen nämlich erst ein, wenn die Schädigung bereits weit fortgeschritten ist. Damit erfolgt die Detektion in aller Regel zu spät für eine wirksame Sanierung (Abb. 2).

In einer Übersichtsstudie (Kautz et al. 2024) wurden 26 wissenschaftliche Arbeiten aus den Jahren 2000 bis 2022 ausgewertet, die sich explizit mit der Früherkennung von Buchdruckerbefall mittels Fernerkundung befassen. Untersucht wurden Ansätze mit Satelliten (54% der Studien), Flugzeugen (23%), Drohnen (19%) sowie in einem Fall mit terrestrischen Sensoren. Als Sensortypen dominierten passive Multispektralsysteme; aktive Sensoren wie Lidar und Radar wurden nur in vier Studien eingesetzt.

Die Studien bewerteten die Erkennungsleistung mittels Fernerkundung mit zwei einfachen Fragen: Wie gut repräsentieren die vom jeweiligen Verfahren erkannten Befälle tatsächlich Befälle (Trefferquote)? Und wie viele der befallenen Bäume werden übersehen (Fehlerquote)? 

Neben der verzögerten Reaktion der Fichtenkronen ist auch die Bewölkung ein oft unterschätztes Grundproblem. Passive Sensoren – also das Gros der eingesetzten Systeme – benötigen wolkenfreie Bedingungen. In den fichtendominierten Regionen Mittel- und Nordeuropas beträgt die mittlere Bewölkung während der Hauptaktivitätszeit des Buchdruckers (April bis Oktober) 50 bis 80%. Im zentraleuropäischen Mittelgebirge stehen im Durchschnitt also nur 7 bis 12 wolkenfreie Tage pro Monat zur Verfügung. 

Sentinel-2-Satelliten könnten bei idealem Wetter alle 5 Tage eine Aufnahme liefern; bei 60 bis 70% Bewölkung verlängert sich dieses Intervall auf durchschnittlich 15 Tage. Für ein rechtzeitiges Eingreifen im engen Zeitfenster des Buchdruckerbefalls ist das zu lang. Aktive Sensoren wie Radar oder Lidar sind wolkenunabhängig und daher grundsätzlich besser geeignet; bisher sind sie aber kaum untersucht. 

Hinzu kommt, dass Fernerkundung lediglich Vitalitätsverluste misst und nicht den Borkenkäferbefall selbst. Trockenstress, Nährstoffmangel oder Kronenschäden durch Sturm- oder Schneebruch erzeugen ähnliche spektrale Signale wie ein frischer Buchdruckerbefall. Eine eindeutige Zuordnung ist deshalb schwierig und führt besonders in Trockenjahren zu Fehlklassifikationen, die Kontrollkapazitäten binden und das Vertrauen in die Methode untergraben können.

Trotz dieser Grenzen gibt es spezifische Situationen, in denen Fernerkundung einen echten Mehrwert für das Borkenkäfer-Management bietet.

Ein besonders vielversprechender Anwendungsfall sind Überwinterungsbäume: Käfer, die sich im Spätsommer eingebohrt haben, entwickeln sich im Herbst und überwintern in Mitteleuropa zumeist im Baum, ohne erneut auszufliegen und sich anderswo einzubohren. Die für terrestrische Kontrollen wichtigen Bohrmehlspuren fehlen. Gleichzeitig beginnt sich aber die Krone zu verfärben. Ab September / Oktober öffnet sich damit ein Zeitfenster für Fernerkundung: Solche Bäume können im Winterhalbjahr erkannt und vor dem Frühjahrsausschlupf saniert werden.

Außerdem kann Fernerkundung Befallsherde räumlich eingrenzen und so terrestrische Kontrollgänge gezielt steuern. Da Folgebefälle typischerweise in einem Umkreis von 100 bis 300 Metern auftreten, lässt sich der Kontrollaufwand räumlich konzentrieren, selbst wenn die Detektion für eine direkte Sanierung zu spät erfolgt. Insbesondere kann Fernerkundung in unwegsamen oder extensiv bewirtschafteten Beständen, wo Kontrollgänge nur eingeschränkt möglich sind, damit die terrestrische Kontrolle unterstützen.

Nicht zuletzt bietet die Fernerkundung die Möglichkeit, rasch und großflächig Informationen zu windgeworfenen Fichten zu liefern, welche als potentielles Brutmaterial für den Buchdrucker dienen und daher zeitnah aufgearbeitet werden sollten.