Die Edelkastanie am Oberrhein

Projekttitel:EU - INTERREG IV A Oberrhein-Projekt
 "Die Edelkastanie am Oberrhein - eine Baumart verbindet Menschen, Kulturen und Landschaften" bzw. "Le châtaignier dans la région du Rhin supérieur - une essence rassemblant hommes, cultures et paysages"
Projektpartner:
  • Landesforsten Rheinland-Pfalz; Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
  • Universität Trier (Fachbereich VI, Fach Fernerkundung)
  • Stadt Edenkoben
  • Rinnthaler Wald GmbH
  • Landesbetrieb ForstBW
  • Amt für Waldwirtschaft des Ortenaukreises
  • Stadt Renchen
  • Stadt Oberkirch
  • Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt  Baden-Württemberg (FVA)
  • Universität Freiburg (Institut für Landespflege)
  • C.R.P.F. (Centre Régional de la Propriété Forestière de Lorraine Alsace)
  • SERTIT (Service Régional de Traitement d´Image et de Télédétection)
  • SYCOPARC (Syndicat de coopération pour le Parc Naturel Régional des Vosges du Nord
Laufzeit:01.01.2010 - 31.12.2012

Projektinhalt

Blüte der Edelkastanie

Das EU-INTERREG-IV-Projekt "Die Edelkastanie am Oberrhein - eine Baumart verbindet Menschen, Kulturen und Landschaften" beschäftigt sich mit allen Aspekten der Baumart Edelkastanie (Castanea sativa) in der Südpfalz, im Elsass und in der baden-württembergischen Ortenau. Mitarbeiter und Institutionen von 13 Organisationen aus Frankreich und Deutschland erarbeiten unter Leitung der rheinland-pfälzischen Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft in Trippstadt gemeinsam Grundlagen über diese, seit der Römerzeit am Oberrhein heimische Baumart.

Seit Beginn der 1990er Jahre tritt der Edelkastanienrindenkrebs auch im Oberrheingebiet auf und gefährdet die Edelkastanienbestände und deren vielfältige Funktionen und Nutzungsmöglichkeiten für Menschen in dieser Region. Der hohe ökologische Wert der Edelkastanie und Ihre Nutzfunktionen müssen auch bei sich wandelnden Umweltbedingungen erhalten bleiben.

Projektziel ist die Erarbeitung grenzüberschreitend abgestimmter Empfehlungen für die Bewirtschaftung der Edelkastanie und deren Schutz. Das Projekt soll einen Beitrag für die ökologische und ökonomische Stabilität der edelkastaniengeprägten Wälder der Oberrheinregion leisten.

Blühende Edelkastanie bei Annweiler

Im Teilprojekt „Kartierung von Verbreitung, Struktur und Gesundheitszustand der Edelkastanienwälder am Oberrhein“ beschäftigt sich das Fach Umweltfernerkundung und Geoinformatik mit einer flächenscharfen Kartierung von Beständen der Baumart Edelkastanie (Castanea sativa Mill.) bzw. von deren kleinflächigen Mischungsformen, um Verbreitung, Struktur und Gesundheitszustand mit Methoden der Fernerkundung großflächig und zeitnah für das gesamte Untersuchungsgebiet zu erfassen. Eine detaillierte Kartierung von Beständen der Edelkastanie Castanea sativa ist notwendig um die Bedrohung dieser Baumart durch den Kastanienrindenkrebs (Cryphonectria parasitica) zu untersuchen, dessen Ausbreitungsgrenzen bislang unbekannt sind. Durch großflächige Kartierungen von blühenden Edelkastanienbäumen werden mittels Fernerkundungsmethoden nicht nur Bestände im Staatswald, sondern auch die bisher nicht dokumentierten Bestände im Privatwald erfasst.

Eine forstliche Managementstrategie zur Erhaltung dieser Art ist sinnvoll, da die Edelkastanie als „Zukunftsbaum“ Potential besitzt mit den sich verändernden klimatischen Bedingungen zu Recht zu kommen (Bolte et al. 2009; Brang et al. 2008). Mittels einer terrestrischen Kartierung ist es aus Zeit- und Kostengründen nicht möglich wiederholt und in relativ kurzen Zeitabständen die Ausbreitung der Edelkastanie flächenhaft zu erfassen um Verbreitungsmuster abzuleiten.

Der Einsatz von modernen Luftbild- und Satellitensystemen (RapidEye, SPOT, ALOS-AVNIR2) in Verbindung mit fortgeschrittenen GIS-Anwendungen (ArcMap 10, ERDAS Imagine 2011, IDL/ENVI 4.8) sollen hochpräzise und kosteneffiziente Verfahren zur Kartierung von forstlichen Bestandsparametern ermöglichen und somit zur Erhaltung der Baumart Edelkastanie beitragen.

Während der späten Blütephase der Edelkastanie im Juni/Juli entstehen durch die visuell auffälligen Blütenstände gut erfassbare Unterschiede zu anderen Laubbaumarten, welche zu diesem Zeitpunkt nicht in der Blüte stehen. Eine Ausnutzung dieser Entwicklungsphase für die Aufnahme benötigt ein zeitlich flexibles Aufnahmesystem mit möglichst hoher räumlicher Auflösung. Durch die Ausnutzung des phänologischen Stadiums der kurzen, aber spektral prägnanten Blütephase der Edelkastanie kann eine flächenscharfe und baumgenaue Trennung der Kastanienbestände auf Luftbilddaten (DOP20-RGBI des Landesamt für Vermessung und Geobasisinformation) mit Methoden der Fernerkundung ermöglicht werden.

Für die Klassifizierung der blühenden Edelkastanie ein Ansatz der überwachten pixelbasierten Klassifizierung gewählt, die binäre logistische Regession. Der in der Programmiersprache Python implimentierte Algorithmus wird bildbasiert trainiert. Die logistische Regression wird durch den n-dimensionalen Merkmalsraum der Trainingspunkte gelegt, um die A-Posteriori-Wahrscheinlichkeit der Klassenzuteilung pro Bildpixel zu bestimmen.

Beispiel Dörrenbach - detektierte Edelkastanien wurden in gelb dargestellt
Das Untersuchungsgebiet im Pfälzerwald (oben)

Die erarbeitete Strategie zur Detektion wurde für ein Untersuchungsgebiet von 20.000 ha im Pfälzerwald auf DOP20-RGBI-Luftbilddaten erfolgreich durchgeführt. Hierzu erfolgte eine räumliche Einteilung des Untersuchungsgebietes in einzelne Mosaike, um das Datenvolumen von ca. 40 Gigabyte zu reduzieren. Weiterhin eröffnet sich durch diesen Schritt eine Anpassung der Klassenzuteilung an regionale Gegebenheiten. Siedlungsflächen wurden zur Verbesserung der Genauigkeit mit ATKIS Strukturdaten maskiert. Zusätzlich erfolgte eine Maskierung von Bildpixeln, welche visuell den Kastanienblüten ähneln, bspw. auf unbewachsendem Boden, mit Hilfe eines Simple-Ratio Spektral-Quotienten. 

Eine Validierung der Ergebnisse der Detektion von blühenden Edelkastanien-Bäumen mit Hilfe einer logistischen, binären Regression führten zu Kartierungsgenauigkeiten von über 90%. Auf digitalen Orthophotos mit 20cm geometrischer Auflösung können mit der von der Universität Trier entwickelten Methode sogar Einzelbäume der Edelkastanie in Mischbeständen erfasst werden. (Abbildung 7‑8). Insgesamt wurden ca. 550 ha Blütefläche im Untersuchungsgebiet ausgewiesen, wobei die Gesamtfläche pro Edelkastanienkrone unter Einbeziehung von Schattenanteilen unterschätzt wird.

Entscheidend ist das Blütestadium der Edelkastanien zum Aufnahmezeitpunkt der Luftbilddaten. Im Untersuchungsgebiet wurde der Höhepunkt der Blüte großflächig getroffen. Topographische und klimatische Faktoren führen zwar zu regional abweichenden Blütephasen. Jedoch zeigen die Daten 2010 im süd-östlichen Pfälzerwald auf ca. 20 km in N-S-Richtung eine konstanter Zeitpunkt. Mit regionalen Vorkenntnissen könnte eine Einteilung der Verbreitungsgebiete nach dem Blütebeginn in dieser Größenordnung erfolgen, um Zeitfenster zur Aufnahme von Luftbilddaten für eine großflächige Detektion von Edelkastanien räumlich abzustimmen. 

Innerhalb der turnusmäßigen Luftbildbefliegung des LVermGeo in Rheinland-Pfalz würde eine Anpassung der Befliegungszeitpunkte an die Blütephase der Edelkastanie eine großflächige und kostengünstige Kartierung der Edelkastanienbestände in deren Verbreitungsgebieten in Rheinland-Pfalz ermöglichen. Auf diese Weise könnte kostengünstig eine vollständige Abdeckung bspw. des Pfälzerwaldes mit Luftbilddaten im Blütezeitraum erreicht werden. Der beschriebene Ansatz könnte in regelmäßigen  Zeitabständen für Kontrollkartierungen über Verbreitung und Gesundheitszustand der Edelkastanien genutzt werden. So würde ein schnelles, praktikables Monitoring-System als forstwirtschaftliche Basis und für eine effiziente Strategie gegen den Befall der Edelkastanien mit dem Kastanienrindenkrebs entstehen.

Kastanien auf dem Adelberg bei Annweiler, Luftbild
Detektierte Edelkastanien (Blütenfläche) in [ha] pro WÖFIS-Waldort

Untersuchungsinhalte:

  • Verbreitung der Edelkastanie im Projektgebiet und Struktur ihrer Waldbestände
  • Ökologie der Edelkastanie und ihr Beitrag zur Biodiversität, insbesondere vor dem Hintergrund des Klimawandels
  • Gefährdungen der Edelkastanie und Schutzmöglichkeiten
  • Waldbauliche Behandlungsoptionen und Nutzungspotenziale
  • Bedeutung für die Landeskultur und den Tourismus

Ansprechpartner:

Thomas Sachtleber (Diplom-Umweltwissenschaftler)
Martin Neussel (Diplom-Umweltwissenschaftler)
Universität Trier - FBVI
Abteilung Umweltfernerkundung und Geoinformatik
Behringstraße 
D-54286 Trier
Telefon: +49 (0)651/201-4605
E-Mail
www.feut.de


Dr. Ernst Segatz
Landesforsten Rheinland-Pfalz
Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
Hauptstr. 16 (Schloss)
D-67705 Trippstadt
Telefon +49 (0)6306/911-172
Telefax  +49 (0)6306/911-200
E-Mail
www.fawf.wald-rlp.de

Detektierte Edelkastanien - prozentualer Anteil Blütenfläche pro WÖFIS-Waldort
Blühende Edelkastanie mit Blick auf die Mosel
Edelkastanien mit Weinbergen
Kastanienrindenkriebs 1
Kastanienrindenkrebs 2