Zur Abfrage der Bedarfe wurde eine deutschlandweite, anonymisierte Online-Nutzerumfrage unter dem Titel “Nutzung von Fernerkundungsprodukten für die Erfassung von Schäden im Wald” durchgeführt. Sie befasste sich mit fünf Schwerpunktthemen zu den Bereichen:
- Ihre Person und Ihr Wald,
- Detektion von Waldschäden mithilfe von Fernerkundungsprodukten,
- Waldschäden,
- zeitliche und räumliche Auflösung sowie
- Anforderungen an die Datenauslieferung.
Insgesamt wurden 18 Fragen zu den Schwerpunktthemen gestellt. An der Nutzerumfrage beteiligten sich 183 Personen mit unterschiedlichen Blickwinkeln auf den Wald, wie Privatwaldbesitzende, Waldbesitzervereinigungen oder Waldbesitzerverbände bis hin zu Angehörigen von Staatsforstbetrieben und Ministerien sowie Personen aus der Wissenschaft und der Privatwirtschaft. Um eine praxisnahe Abschätzung der Bedarfe zu erhalten, wurde zusätzlich der Waldbesitz bzw. Wald im Verantwortungsbereich abgefragt.
Monitoring von Waldschutzproblemen per Fernerkundung
Die Ergebnisse der vierten Bundeswaldinventur 2022 belegen, dass von den deutschlandweit 11,5 Mio. ha Wald etwa 2 Mio. ha von Kalamitäten betroffen sind. Die Schädigungen treten an Einzelbäumen, an Baumgruppen oder in ganzen Beständen auf und werden durch Sturm- und/oder Trockenschäden, wärmeliebende Schadinsekten, zunehmende Pilzerkrankungen und invasive Arten hervorgerufen. Witterungsbedingt werden die häufigsten Schädigungen durch Stürme, Schnee, Hagel und Dürre verursacht. Durch die Vorschädigung und durch das hohe Brutraumangebot werden in der Folge Massenvermehrungen von Insekten wie z. B. Borkenkäfer begünstigt, die durch Wärme und Trockenheit zusätzlich gefördert werden. Aus dem Waldbericht des Bayerischen Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft, Forsten und Tourismus wird deutlich, dass von den vier Hauptbaumarten die Fichte am stärksten durch biotische und abiotische Schäden betroffen ist. Am zweitstärksten leidet die Buche primär unter den Folgen der deutschlandweiten Dürreperiode von 2017 bis 2023 (Abb. 1). Deutschlandweit leiden auch Eichen und Kiefern, die starke Vitalitätsverluste aufgrund biotischer Faktoren (z. B. Massenvermehrung des Eichenprozessionsspinners) aufweisen.
Abb. 1: Der Blick von oben auf die Zeitreihe der Luftbilder eines geschädigten Waldes von 2017 bis 2023: im Vergleich die erfassten Schäden aus den Fernerkundungsdaten in Rot. Quelle: Gonzalez (LWF)
Die Online-Nutzerumfrage verdeutlichte, dass mehr als die Hälfte der Personen mit Waldbesitz bzw. Wald im Verantwortungsbereich ihren Laub- und/oder Nadelwald als in einem schlechten Zustand befindlich beschreiben. Die Umfrage ergab zudem, dass 60 % der Befragten den Vitalitätszustand von Mischwäldern als insgesamt positiver einschätzten (Abb. 2a). Von den Teilnehmenden wurden als Schadursachen aus den multiplen Antwortmöglichkeiten Borkenkäferbefall, Trockenschäden und Windwurf mit jeweils etwa 20% am häufigsten gewählt, gefolgt von Schneebruch und Pilzbefall. Diese Antworten unterstützen die These, dass Extremereignisse, die häufig mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht werden können, abiotische und biotische Störungen begünstigen und somit aktuell die größten Verursacher von Waldschäden sind (Abb. 2b).
Abb. 2a: Waldzustand der Befragten nach Waldtyp. Grafik: Holzwarth (DLR)
Abb. 2b: Waldzustand der Befragten nach spezifischen Vitalitätseinschränkungen. Gra fik: Holzwarth (DLR)
Wünsche an die Fernerkundungsprodukte
Angesichts der drastischen Veränderungen im Wald in den letzten Jahren wird zunehmend versucht, den Zustand der Wälder mithilfe verschiedener Fernerkundungsmethoden zu analysieren. Für die Öffentlichkeit sind bereits einige frei verfügbare Produkte zugänglich. Darüber hinaus ist zu erwarten, dass künftig aufgrund zahlreicher Projekte im Bereich des erdbeobachtungsbasierten Waldmonitorings und der Waldkartierung in Deutschland weitere Angebote hinzukommen.
In der durchgeführten Nutzerumfrage wurden die Bedarfe und Anforderungen an Fernerkundungsprodukte zum Monitoring von Waldschäden untersucht. Dabei wurde erhoben, welche Informationen und welche Monitoringfrequenz für eine effektive Waldbewirtschaftung bevorzugt werden und wie Fernerkundungsprodukte aufbereitet und bereitgestellt sein sollten, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.
Eine der wichtigsten konkreten Informationen über Waldstörungen, die von den Nutzern für Planung oder Beratung gefordert werden, ist der Störungsort. Ebenfalls von großer Bedeutung sind Angaben zur Schadmenge sowie zur Flächenausdehnung der betroffenen Gebiete. Informationen über potenzielle Gefahren für angrenzende Bestände stehen an dritter Stelle der Prioritätenliste. Dagegen wurden der betroffene Bestandstyp und das Schadbild als weniger wichtig eingestuft.
Besonders für die Schadbilder "Blattverfärbungen bei Laub- und Nadelbäumen" sowie “Verlust von Blättern oder Nadeln” wurde die Unterstützung durch Fernerkundungsprodukte als “extrem wichtig” bewertet. Zudem sollten bestimmte Baumarten im Hinblick auf Waldschutzaspekte intensiver überwacht werden, wobei die Fichte mit erster Priorität genannt wurde, gefolgt von Buche und Kiefer (Priorität 2) sowie der Eiche (Priorität 3).
Hinsichtlich der Frequenz des Monitorings wurden klare Wünsche in Bezug auf unterschiedliche Schadbilder geäußert. Für die Ausbildung der Sekundärkrone bei Buchen, die ein baldiges Absterben des Baums anzeigt, halten die Nutzer ein jährliches Monitoring für ausreichend. Bei Laub- und Nadelverfärbungen wird hingegen ein wöchentliches Monitoring bevorzugt. Schneebruch sollte je nach Jahreszeit, insbesondere im Winter und Frühjahr, kontrolliert werden, während Windwurf monatlich überwacht werden sollte.
Auch für Entlaubung und Nadelverlust wird eine höhere zeitliche Auflösung gewünscht, idealerweise wöchentlich, mindestens jedoch vierteljährlich. Im Gegensatz dazu reicht für das Monitoring abgestorbener Baumkronen eine niedrigere zeitliche Auflösung, etwa vierteljährlich oder jährlich, aus. Waldbrände erfordern hingegen eine besonders hohe zeitliche Auflösung während des Ereignisses, mit einem spezifischeren Monitoring in den Sommermonaten.
Die räumliche Auflösung der Produkte sollte laut den meisten Befragten auf Einzelbaum- oder Baumgruppenebene bis zu 0,1 ha liegen. Die Lagegenauigkeit der Produkte wird überwiegend auf dem Niveau der Forstkartengenauigkeit (etwa 10 m) verlangt, während eine Genauigkeit auf Flurstücksebene (1 bis 2 m) deutlich seltener gefordert wird.
Zusammenfassend zeigt die Umfrage, dass Nutzer ein differenziertes und gezieltes Monitoring von Waldschäden fordern, das sowohl zeitlich als auch räumlich präzise auf die jeweiligen Schadbilder und Baumarten abgestimmt ist.
Mehrwert durch die Fernerkundung für Forstpraktiker
Abb. 3: Entwicklung der Waldschadensflächen in Thüringen, basierend auf der Sentinel-2-Satellitenbildauswertung. Quelle: Datta (FFK)
Fernerkundungsprodukte bieten für Forstpraktiker einen großen Mehrwert, da sie wertvolle Informationen zum Monitoring von Waldschäden liefern. Ein Beispiel hierfür ist das Waldschadflächenprodukt (Abb. 3) von ThüringenForst AöR, das seit Sommer 2020 mithilfe von Sentinel-2-Satellitenbildern Waldschäden zweimal jährlich erfasst. Das Produkt ist im Thüringen-Viewer-Portal frei verfügbar und stellt kumulierte Waldschäden dar, die im Vergleich zum Ist-Zustand vom 1. Juli 2018 in Thüringen ermittelt wurden.
Ein zentraler Aspekt, der in der Umfrage besonders betont wurde, ist die Anforderung, Fernerkundungsprodukte niedrigschwellig über bestehende Geoportale oder GIS-Systeme bereitzustellen, wie beispielsweise den Thüringen Viewer oder das Bayerische Wald-Informationssystem (BayWIS). Dadurch wird sichergestellt, dass Anwender direkten Zugriff auf die Daten haben und diese problemlos in ihre täglichen Arbeitsprozesse integrieren können.
Diese enge Einbindung in bestehende Systeme erleichtert die Nutzung der Fernerkundungsprodukte erheblich und ermöglicht es, schneller und effizienter auf potenzielle Waldschäden zu reagieren.
Bedenken aus der Praxis
Trotz der vielfältigen Vorteile, die Fernerkundungsdaten und -produkte bieten, zeigen die Ergebnisse der Umfrage, dass mehr als die Hälfte der Befragten – unabhängig von ihrem Kenntnisstand im Bereich der Fernerkundung – Bedenken oder Schwierigkeiten bei der Nutzung dieser Daten als Instrument zur Kartierung von Waldschäden sehen.
Eines der größten Probleme, das von nahezu allen Nutzergruppen genannt wurde, ist die als unzureichend empfundene Qualität der Fernerkundungsdaten und -produkte. Dabei wurde insbesondere auf die begrenzte räumliche und zeitliche Auflösung hingewiesen. Auf die Frage nach den Anforderungen an zusätzliche Informationen, die in den Fernerkundungsprodukten bereitgestellt werden sollten, nannten mehr als 93 % der Befragten den Zeitpunkt der Erkennung als besonders wichtig.
Dies unterstreicht die Notwendigkeit fernerkundungsbasierter Monitoringsysteme mit häufigeren Aktualisierungen, um Waldschäden frühzeitig zu erkennen und rechtzeitig geeignete Waldschutzmaßnahmen einzuleite. Darüber hinaus werden die unzureichende räumliche Auflösung zur Erkennung einzelner geschädigter Bäume sowie die Schwierigkeit, einen frühen Borkenkäferbefall zu erkennen, erwähnt.
Ein weiteres in der Umfrage genanntes Thema ist der Fachkräftemangel im Bereich der Fernerkundung, der von über 35 % der Befragten aus der Forstamtsleitung als großes Problem identifiziert wurde. Dieses Thema wurde sowohl von privaten als auch von öffentlichen Waldbewirtschaftenden angesprochen. Darüber hinaus nannten rund 15 % der Befragten den allgemeinen Personalmangel sowie die mit der Fernerkundung verbundenen Kosten als erhebliche Herausforderungen.
Insbesondere für private Waldbesitzende stellten diese Aspekte – neben der als unzureichend wahrgenommenen Genauigkeit von Fernerkundungsprodukten – die größten Hürden dar. Zwar hat die zunehmende Verfügbarkeit von Open-Source-Fernerkundungsdaten möglicherweise dazu beigetragen, die Anschaffungskosten zu senken, jedoch bleiben die Kosten für den Zugang zu diesen Daten, deren effiziente Nutzung sowie die forstfachliche Interpretation weiterhin hoch. Diese Herausforderung wurde von über 14 % aller Befragten als Grund genannt, warum sie keine Fernerkundungsdaten einsetzen (Abb. 4).
Abb. 4: Gründe für die ausbleibende Verwendung von Fernerkundungsdaten/-produkten pro Nutzergruppe. Grafik: Holzwarth (DLR)
Empfehlungen aus der Praxis an Ersteller von Fernerkundungsprodukten
- Einbindung der Nutzeranforderungen: Um sicherzustellen, dass Fernerkundungsprodukte die Anforderungen der Praxis erfüllen, sollten Anwender, insbesondere Forstexpertinnen und -experten, von Beginn an in die Entwicklung entsprechender Systeme eingebunden werden. Eine frühzeitige Abstimmung trägt dazu bei, dass die Produkte praxisnah und anwendungsorientiert gestaltet sind.
- Regelmäßiger Austausch mit Praktikern: Ein regelmäßiger Austausch zwischen Wissenschaft, Produktentwicklung und forstlicher Praxis ist dabei essenziell. Ein kontinuierlicher Dialog ermöglicht es, zeitnah auf neue Herausforderungen im Waldmonitoring zu reagieren und Fernerkundungsprodukte bedarfsgerecht weiterzuentwickeln.
- Schulungen zur Anwendung von Fernerkundungsprodukten: Damit die vorhandenen Fernerkundungsprodukte effektiv genutzt werden können, sind zudem regelmäßige Schulungen der Anwender erforderlich. Besonders wichtig ist hierbei die Stärkung geschulten Fachpersonals in den Landesforstverwaltungen als fachliche und niederschwellige Anlaufstellen für Waldbesitzende. Dies gewinnt insbesondere vor dem Hintergrund zunehmend frei verfügbarer Fernerkundungsprodukte weiter an Bedeutung.
- Flexible Anpassung der Fernerkundungstechnologien: Da Waldschäden sehr unterschiedlich ausgeprägt sein können, müssen Fernerkundungsprodukte außerdem flexibel anpassbar sein. Sowohl die räumliche als auch die zeitliche Auflösung sollte je nach Schadereignis variieren können. Ein flexibler Einsatz unterschiedlicher Technologien, die sowohl großflächige Übersichten als auch detaillierte Beobachtungen ermöglichen, ist hierfür entscheidend.
Schneller Überblick
- Das Projekt ForstEO beschäftigt sich mit der Ableitung und Bereitstellung von qualitativ geprüften und robusten Informationsprodukten zu Waldschäden und deren Ursachen aus Fernerkundungsdaten
- Im Rahmen einer Online-Umfrage wurden die Bedarfe zur Nutzung von Fernerkundungsprodukten zur Waldschadenserfassung erhoben
- Nutzer fordern präzise, räumlichzeitlich abgestimmte Fernerkundungsdaten
- Wichtige Informationen: Schadensort, Schadensmenge, betroffene Schadensfläche und Schadenszeitraum
- Hindernisse: mangelnde Datenqualität, Fachkräftemangel, Kosten
- Empfehlungen: Nutzerintegration, regelmäßiger Austausch, Schulungen
Das Forschungsprojekt “ForstEO – Einsatz der Erdbeobachtung zur Erfassung von klimabedingten Schädigungen des Waldes in Deutschland” wird von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft sowie des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz über den Waldklimafonds gefördert.
