Das Team „Agrar- und Waldökosysteme“ analysiert den reichen Datenschatz an Erdbeobachtungszeitreihen in den von Landwirtschaft und Wald geprägten Regionen der Erde. Das Team entwickelt Informationsprodukte und Services zur Unterstützung von Entscheidungsträgern und Wissenschaft im Hinblick auf eine nachhaltige Entwicklung.
Beispiele für satellitenbasierte Produkte des Teams zur Analyse der Agrar- und Waldökosysteme Deutschlands. Von links nach rechts: Feldfrüchte; Mahdhäufigkeit Grünland; Waldbestandsverluste im Oberstand; Vegetationsstress.
Die Forschungsarbeiten des Teams fokussieren auf Kulturlandschaften und Ökosysteme der Erde, welche durch die Produktion von Nahrungsmitteln und durch die Bereitstellung von Ressourcen für eine wachsende Weltbevölkerung geprägt sind. Hierbei werden fernerkundungsbasierte Daten- und Informationsprodukte sowie Werkzeuge für eine nachhaltige Entwicklung der Bereiche Ackerland, Grünland, Wald und Savannen geschaffen.
Themenschwerpunkte:
Agrarökosysteme – Das Team analysiert Agrarlandschaften und deren Wandel über die vergangenen Dekaden. Aspekte wie Managementpraktiken, Nutzungsintensitäten, Bodeneigenschaften, ökologisch relevante Landschaftselemente, aber auch gesamte Agrarlandschaftsgefüge werden quantifiziert und im Detail untersucht. Hierbei liegt ein Fokus auf dem Einfluss des Klimawandels auf Agrarökosysteme sowie auf deren Bedeutung für Agrarbiodiversität, Stoffkreisläufe, Nahrungsmittelsicherheit und eine nachhaltige Entwicklung.
Waldökosysteme – Das Team erfasst großflächige Verteilungsmuster sowie die Struktur von Wäldern und quantifiziert Wald- und Waldzustandsveränderungen, Waldschäden und Indikatoren der Biodiversität. Insbesondere wird der Einfluss des Klimawandels und des menschlichen Handelns auf Waldökosysteme ermittelt, wobei ein besonderes Augenmerk auf Ökosystemfunktionen und Ökosystemstörungen liegt.
Nachhaltige Entwicklung – Das Team entwickelt Datengrundlagen, welche den Aufbau von nachhaltigen Anpassungs- und Minderungsstrategien in der Land- und Forstwirtschaft unterstützen. Die Informationsprodukte besitzen Relevanz für Planung, Forschung, Privatwirtschaft, Behörden/Verwaltung und Politik. Sie dienen der wissensbasierten Entscheidungsunterstützung im Kontext des globalen Wandels mit dem Ziel Ernährungssicherheit, Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen sowie Biodiversität zu schaffen und zu erhalten.
Beispiele für satellitenbasierte Produkte des Teams zur Analyse von Agrar- und Waldökosystemen in unterschiedlichen Regionen der Erde. Von links nach rechts: Baumbedeckungsgrad Westafrika; Bewässerungslandwirtschaft Nildelta; Vegetationsindex-Zeitreihen Europa; Objekterkennung landwirtschaftliche Flächen / Windbarrieren Südamerika; Landnutzung Kaukasus; Entwaldungsmuster Paraguay
Mehr als ein Drittel der globalen Landoberfläche wird heute für Ackerbau und Weidewirtschaft genutzt. Der Bedarf an Nahrungsmitteln wird mit wachsenden Bevölkerungszahlen und sich ändernden Ernährungsgewohnheiten auch zukünftig weiter drastisch ansteigen. So müsste die Nahrungsmittelproduktion bis zum Jahr 2050 in etwa verdoppelt werden, um die weltweite Ernährung sicherzustellen. Diese Situation wird durch den Klimawandel und internationale Konflikte noch verschärft. Um die Nahrungsmittelproduktion zu steigern und Agrarökosysteme widerstandsfähiger zu machen, kommen unterschiedliche Strategien zum Einsatz. Einerseits wird eine deutliche Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen beobachtet, wodurch Ökosysteme und natürliche Ressourcen gefährdet werden. Eine andere Möglichkeit – die Intensivierung der landwirtschaftlichen Produktion – zeigt oftmals ebenfalls negative Auswirkungen wie Bodenerosion, Belastung von Wasser und Ökosystemen oder die Störung von Stoff- und Energiekreisläufen. Nachhaltige Intensivierungsansätze berücksichtigen dagegen – neben der Steigerung der Erträge ohne Inanspruchnahme bislang ungenutzter Flächen – auch weitere Aspekte wie die ressourcensparende Nutzung von Wasser, Nährstoffen und Böden, die Steigerung der Resilienz gegenüber Klimagefahren und Schädlingen sowie den Erhalt wichtiger Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen.
Wälder nehmen fast ein weiteres Drittel der Landoberfläche ein. Sie sind vielfältiger Lebensraum einer großen Anzahl von Tier- und Pflanzenarten und haben eine wichtige Bedeutung als Wirtschafts-, aber auch als Erholungsraum. Besonders wichtig ist die Rolle der Wälder für das globale Klima, da sie Kohlenstoffsenken darstellen und zudem ein wichtiges Element komplexer Stoff- und Energiekreisläufe sind. Aufgrund der zahlreichen Ökosystemdienstleistungen, die Wäldern beigemessen werden, stehen sie global unter großem Nutzungsdruck. Während die Waldflächen in Mitteleuropa weitestgehend als Waldstandorte langfristig gesetzlich gesichert sind, steht vor allem der globale Süden vor großen Herausforderungen durch Entwaldung. Dort ist die Vernichtung von Wald zum Rohstoffabbau oder zur Ausweitung von Siedlungs- und Landwirtschaftsflächen nur zu einem sehr geringen Teil über Konzessionen geregelt. Der überwiegende Teil der Entwaldung findet illegal statt. Darüber hinaus sind Wälder durch dynamische Veränderungsprozesse geprägt, wobei natürliche Ereignisse wie Stürme, Feuer oder Insektenbefall, aber auch anthropogene Prozesse wie Waldumbau und Holzernte eine Rolle spielen.
Das Team „Agrar- und Waldökosysteme“ befasst sich mit der automatisierten Informationsgewinnung aus Erdbeobachtungszeitreihen, um langfristige und aktuelle Entwicklungen und Prozesse in Agrar- und Waldökosystemen im Kontext des Globalen Wandels zu beobachten, zu analysieren und entsprechende Informationsprodukte für Entscheidungsträger und Forschung bereitzustellen. Das Team entwickelt Methoden, Prozessierungsketten und Geoinformationsprodukte basierend auf Erdbeobachtungsdaten verschiedener Sensoren mit unterschiedlichen räumlichen, spektralen und zeitlichen Eigenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf der Auswertung von Daten der Copernicus-Sentinel- und der Landsat-Missionen, aber auch mittelaufgelöste Zeitreihen (MODIS, AVHRR) sowie Hyperspektral- und Luftbilddaten bilden eine wichtige Grundlage. Der methodische Schwerpunkt liegt auf Verfahren der Zeitreihenanalyse und des maschinellen Lernens (Künstliche Intelligenz) sowie auf der Verarbeitung großer, heterogener Datenmengen (Big Data). Satellitendaten werden hierbei in der Regel durch nicht fernerkundungsbasierte Datensätze anderer Disziplinen, Statistiken und Geländemessungen ergänzt. Unser Fokus liegt auf den großen Herausforderungen der Gesellschaft, mit dem Ziel, eine nachhaltige Entwicklung hin zu Nahrungsmittelsicherheit und resilienten Ökosystemen zu unterstützen.
Team Agrar- und Waldökosysteme