FKZ 3523810200

Hintergrund

Das Nationale Naturerbe (NNE) steht seit dem Koalitionsvertrag von 2005 für die beispielhafte Initiative des Bundes, bundeseigene wertvolle Naturschutzflächen unentgeltlich an die Länder, die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) sowie Naturschutzverbände und -stiftungen zur dauerhaften naturschutzfachlichen Sicherung zu übertragen. Auf einem Teil des Naturerbes übernimmt der Bund weiterhin selbst die Naturschutzaufgaben (Naturerbe Bund). 

Viele Naturerbeflächen haben sich über Jahrzehnte hinweg zu einzigartigen und naturschutzfachlich wertvollen Flächen entwickelt. Durch natürliche Dynamiken des Prozessschutzes sowie die Pflege- und Entwicklungsmaßnahmen sind weitere flächenhafte und strukturelle Veränderungen der NNE-Gebiete zu erwarten. Daher besteht seitens des Bundes und der neuen Flächeneigentümer*innen ein großes Interesse an einem Monitoring der Naturerbeflächen, obwohl ein solches nicht verpflichtend vorgeschrieben ist. Mit einem Monitoring können Zustand und Entwicklung der Naturerbeflächen beobachtet, dokumentiert und bewertet werden. 

Die Gesamtkulisse des NNE ist vielfältig und bundesweit über verschiedene Natur- und Lebensräume verteilt. Sie umfasst überwiegend Wälder, aber auch Offenland wie artenreiches und extensives Grünland, Magerrasen, Heiden, Seenlandschaften und Moore. Auch die Größe der einzelnen NNE-Flächen variiert – von unter einem bis über 9.000 Hektar, die sowohl zusammenhängend als auch zersplittert vorliegen können. Teilweise dürfen oder können die Flächen z. B. aufgrund der historischen militärischen Nutzung mit entsprechenden Altlasten oder der Entwicklung zur undurchdringlichen Wildnis jedoch nicht oder nur eingeschränkt betreten werden. 

Ein potentielles Fernerkundungsmodul im NNE-Monitoring böte die Möglichkeit, die vorhandenen Strukturen, die Ausstattung an biologischer Vielfalt und ihre Entwicklung auf gewisser Ebene für die gesamte Flächenkulisse mittels eines zentral handhabbaren Tools auszuwerten. Daher werden fernerkundungsbasierte Methoden zur Ergänzung des bestehenden modularen NNE-Monitorings empfohlen, welches derzeit u. a. Konzepte für ein Wald-, Vogel- und Tagfaltermonitoring enthält und teilweise bereits umgesetzt wird. Bisher existiert jedoch noch kein konsistentes und flächendeckendes Konzept für ein solches fernerkundungsbasiertes Monitoring, welches sowohl verschiedene Datentypen einbezieht und gleichzeitig eine zeitlich und räumlich übertragbare und validierte Methodik für eine Vielfalt an unterschiedlichen Habitaten wie sie im NNE vorkommen, bietet.

Projektziele

Ziel des FuE-Vorhabens ist es, zunächst in einer Pilotstudie (Vorlaufforschung) das Potenzial der Fernerkundung für das Monitoring der unterschiedlichen Lebensräume und Vegetations-strukturen auf Naturerbeflächen zu untersuchen. Hierfür soll ein erstes prototypisches Modell entwickelt und beispielhaft anhand einer möglichst vielfältigen Auswahl an NNE-Gebieten für mindestens drei bzw. vier verschiedene Jahre angewendet werden. Dazu sind bereits vorhandene, (für Bundesbehörden) kostenfreie Fernerkundungsdaten und -ansätze zu verwenden und so zu kombinieren, dass die flächenhafte sowie strukturelle Entwicklung in NNE-Gebieten bereits möglichst genau und detailliert erfasst und quantitativ bilanziert werden kann. Sowohl für das Training als auch die Validierung des Modells sollen vorhandene Biotopkartierungen genutzt und Feldbegehungen für (punktuelle) Aktualisierungen der Biotopdaten durchgeführt werden. Aufbauend auf den Ergebnissen soll das Potenzial für die NNE-Gesamtkulisse abgeschätzt, sowie ein Ausblick und Empfehlungen für eine eventuelle Entwicklung eines NNE-Fernerkundungsmoduls abgeleitet werden. 

Vorgehensweise

Im ersten Schritt wird das methodische Konzept für das notwendige Training der Fernerkundungsalgorithmen, deren Erprobung und Validierung konkretisiert, um eine möglichst genaue und detaillierte Erfassung, Abgrenzung und Klassifikation der Lebensräume und Vegetationsstrukturen in den zu untersuchenden NNE-Gebieten zu ermöglichen. In diesem Rahmen werden u. a. Naturerbeflächen als Testgebiete ausgewählt sowie potenziell geeignete Fernerkundungsdaten und -ansätze recherchiert und geprüft.

Darauf aufbauend wird eine prototypische, (semi-)automatisierte Auswertungsroutine entwickelt, um die Lebensräume und Vegetationsstrukturen möglichst genau und detailliert zu erfassen, abzugrenzen und zu klassifizieren. Hierfür werden die vielversprechendsten Fernerkundungsdaten, -produkte, Geofachdaten aus der vorherigen Recherche ausgewählt, vorverarbeitet und in eine Prozessierungsplattform eingebunden. Es werden geeignete Indikatoren und Indizes aus den Fernerkundungsdaten abgeleitet und eine Auswertungsroutine basierend auf den geeignetsten Auswertungsansätzen entwickelt. Diese wird anschließend getestet und die Ergebnisse analysiert, um sie ggf. zu optimieren.

Im nächsten Schritt wird die entwickelte Auswertungsroutine für die flächenhafte und strukturelle Erfassung und Klassifikation von Lebensräumen in NNE-Gebieten angewendet. Dabei kommen auch stichprobenhafte Feld- und Drohnenaufnahmen zum Einsatz. Es werden Kombinationen verschiedener Datenarten geprüft, ebenso Skaleneffekte und die räumliche Übertragbarkeit der Auswertungsroutine. Die Ergebnisse werden validiert und Performancetests durchgeführt. Als Ergebnis werden zusätzlich eine Flächenstatistik und eine Kartendarstellung generiert.

Basierend auf den Ergebnissen wird das Potenzial für die Gesamtkulisse der Naturerbeflächen abgeschätzt und diskutiert. Hierbei werden u. a. die unterschiedlichen Lebensräume und ihre Heterogenität sowie die Verfügbarkeit von trainings- und Validierungsdaten berücksichtigt, aber auch Ergebnisse z. B. hinsichtlich der Genauigkeit der Abgrenzung von Habitaten oder der Übertragbarkeit auf noch nicht erfasste Habitate. Weiterhin wird das Potenzial bzgl. retrospektiver Auswertungen in die Vergangenheit ausgearbeitet.

Abschließend werden Empfehlungen für eine mögliche Operationalisierung eines NNE-Fernerkundungsmoduls ausgearbeitet. Diese enthalten Handlungsempfehlungen zur entwickelten Methodik inkl. Optimierungs- und Weiterentwicklungspotenzial sowie einen Vorschlag für einen Auswertungsturnus. Zusätzlich wird eine Aufwands- und Kostenabschätzung für die NNE-Gesamtkulisse erstellt.  

Ausblick

Die Ergebnisse des Vorhabens sollen in Zukunft als Leitplanken und Entscheidungshilfen genutzt werden können, um eine eventuelle Entwicklung eines NNE-Fernerkundungsmoduls abzuwägen und mit den NNE-Flächeneigentümer*innen über dessen konkrete Zielsetzungen und Schwerpunkte diskutieren zu können. Perspektivisch kann der in diesem Vorhaben entstehende Prototyp dann zu einem NNE-Monitoringmodul “Fernerkundung” weiterentwickelt und auf die NNE-Gesamtkulisse angewendet werden.