Satellitenaufnahmen von Arnsberg im Hochsauerlandkreis, Nordrhein-Westfalen: Rottöne markieren Vegetation, Grüntöne die Baumverluste. Flächen, die keinen Wald darstellen, sind transparent überlagert. Das Satellitenbild links ist aus dem Jahr 2017 und zeigt ein gesundes, dichtbewachsenes Waldgebiet. Dunkle Rottöne stehen für vitale Nadelwälder und helle Rottöne für gesunde Laubwälder. Im Vergleich dazu rechts eine Aufnahme aus dem Jahr 2021 – der Baumbestand ist dramatisch reduziert. Die hellen, grünen Flächen machen Kahlschläge sichtbar, die dunkelgrünen Flächen zeigen abgestorbene (Fichten-)Wälder. (Bilder: DLR https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/)
Die Baumverluste in Deutschland sind erheblich höher als angenommen. Die Satelliten Sentinel-2 und Landsat-8 machen erstmals Ausmaß der Schäden sichtbar: Nadelwälder in der Mitte Deutschlands sind am stärksten betroffen. Erdbeobachtungssatelliten können Baumverluste flächendeckend im Monatsrhythmus erfassen.
(Pressemitteilung DLR)
Gesunde Bäume tragen eine satte dichte Krone. Beim Spazierengehen durch den Wald fällt jedoch auf, dass die grünen Dächer insgesamt recht licht sind. In den letzten Jahren zeigen sich auch vermehrt kahlgeschlagene Flächen. Wälder sind unsere grüne Lunge, bilden Lebenraum für eine reiche Tier- und Pflanzenwelt, liefern Nutzholz und schützen vor Überflutungen und Hangrutschungen. Wie groß ist also der Verlust durch abgestorbene und entnommene Bäume?
Forschende des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sind dieser Frage mithilfe von satellitengestützten Erdbeobachtungsdaten nachgegangen. Sie machten zum ersten Mal deutschlandweit sichtbar, wie viel Baumbestand verloren gegangen ist. Die Ergebnisse sind alarmierend: Von Januar 2018 bis einschließlich April 2021 wurden in Deutschland auf rund 501.000 Hektar Fläche Baumverluste verzeichnet. Der Verlust entspricht fast fünf Prozent der gesamten Waldfläche und ist damit erheblich höher als bisher angenommen. Als Auslöser gelten vor allem die ungewöhnlich starken Hitze- und Dürreperioden in diesen Jahren, die wiederum den Befall durch Schadinsekten begünstigt haben.
Unterstützung aus dem All
Für Forstwirtschaftende sind umfassende Waldinformationen wichtig, um Baumarten zu kartieren, Schadursachen zu differenzieren oder negative Entwicklungen durch Früherkennung zu verhindern. Erdbeobachtungssatelliten bieten die dafür notwendige räumliche und zeitliche Auflösung. Das Potenzial von Satellitenaufnahmen wird von den Behörden aber noch nicht voll ausgeschöpft. Die DLR-Forschungsgruppe des Earth Observation Center (EOC) brachte hier ihre Expertise ein. Um den Baumverlust genau zu beziffern, nutzten sie den Satelliten Sentinel-2 des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus sowie den US-amerikanischen Satelliten Landsat-8 als Datenquelle.
Die gegenwärtig verfügbaren Satellitendaten sind in der Lage, großflächige Verluste im Oberstand von Wäldern genau zu erfassen. Die Aufnahmen machen auch drastische Schäden wie zum Beispiel komplett abgestorbene Bestände sehr gut sichtbar. Ein weiterer Vorteil liegt in der Häufigkeit der Aktualisierungen. Die Satelliten können Daten in hoher zeitlicher Dichte liefern.
Monokultur, Extremwetter und Insekten
Der Blick aus dem All zeigt, dass überwiegend die Mitte Deutschlands mit ihren Nadelwäldern betroffen ist – von der Eifel, über Sauerland, Harz und Thüringer Wald, bis in die Sächsische Schweiz. Allein Nordrhein-Westfalen verlor innerhalb von drei Jahren mehr als ein Viertel seiner Fichtenwälder, in einigen Landkreisen waren es sogar mehr als zwei Drittel. Die Bäume starben ab oder fielen großflächigen Notfällungen zum Opfer. Kahlschläge sind oft die letzte Maßnahme bei massivem Schädlingsbefall, um – im Fall von Fichten – dem Borkenkäfer die Nahrung zu entziehen und dadurch seine weitere Ausbreitung zu verhindern.
Während sich Laubbäume wie die Eiche nach einem Insektenbefall wieder erholen können, gilt dies häufig nicht für Nadelbäume. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden in Deutschland vorrangig Fichten als wichtigster Holzlieferant aufgeforstet, nicht selten standortfremd. Diese Wälder haben eine entsprechend ähnliche Alters- und Wuchsstruktur und sind als Monokultur weniger widerstandsfähig. Zwischen 2018 und 2020 wurde ganz Mitteleuropa von mehreren ungewöhnlich starken Dürre- und Hitzeperioden heimgesucht. Dies schwächte die grünen Riesen – die Defizite in der Bodenfeuchte sind bis heute messbar. Gleichzeitig schuf die trockene Hitze ideale Bedingungen für den Borkenkäfer, sodass sich die Populationen explosionsartig vermehrten.
Von den Folgen der Dürre sind nicht nur Fichtenwälder betroffen: „Unsere Analysen zeigen, dass auch Eiche, Buche und Kiefer – neben der Fichte die häufigsten Baumarten in Deutschland – starke Schäden aufweisen. Dasselbe gilt für seltenere Arten wie Bergahorn oder Lärche“, sagt Dr. Frank Thonfeld vom Earth Observation Center (EOC) des DLR. „Die jährlichen Waldzustandsberichte der Behörden machen bereits deutlich, dass sich der Zustand der deutschen Wälder schon seit längerer Zeit kontinuierlich verschlechtert. Aber die Schäden der letzten wenigen Jahre sind beispiellos“.
Neben dem Schädlingsbefall erlitt der deutsche Wald auch Verluste durch Windwurf. Das DLR-Forschungsteam identifizierte diese Flächen dank der hochgenauen Satellitenaufnahmen von Sentinel-2 und Landsat-8. Die Auswertungen offenbaren unter anderem das Ausmaß von Sturmereignissen in Ostbayern, Sachsen-Anhalt und Sachsen. Die aktuelle Sturmlage über ganz Deutschland wird voraussichtlich wieder dazu führen, dass vielerorts Schadholz entfernt werden muss.
Big Data zur Waldentwicklung
Die Fernerkundungsexperten aus Oberpfaffenhofen werteten insgesamt mehr als 20.000 Datensätze aus. Auf diese Weise konnten sie die abgestorbenen und neu eingeschlagenen Waldflächen im Monatsrhythmus erfassen. Entstanden ist ein differenziertes Waldbild für ganz Deutschland mit einer Auflösung von zehn Metern. Die Verarbeitung der Datenarchive von Sentinel-2 und Landsat-8 erfolgte vollautomatisch. Das hochkomplexe Verfahren wurde am EOC entwickelt und wird für weitere Anwendungen optimiert.
Die Auswertungsmethode für den Waldbestand lässt sich auch für andere Länder und Regionen anwenden. Denn großflächige Waldschäden sind nicht nur ein deutsches, sondern ein europäisches Thema. Nachbarländer wie Tschechien oder Österreich stehen ähnlichen Herausforderungen gegenüber. Mittelfristig setzt sich voraussichtlich die Tendenz fort, dass noch weitere Bestände verloren gehen. Es wird Jahrzehnte dauern, bis die wirtschaftlichen Schäden eingeholt sind. Bis sich das Ökosystem Wald erholt, kann es noch länger dauern. Für Deutschland und Europa ist es daher dringend notwendig, schnell effiziente Maßnahmen zum Schutz der Wälder zu ergreifen. Satellitengestützte Erdbeobachtung kann Forschenden und Entscheidungstragenden hierzu eine Datengrundlage bereitstellen.
So wie das neue Verfahren nutzerspezifisch angepasst werden kann, lässt sich auch die neue Waldkartierung jederzeit aktualisieren. Künftig könnte das DLR-Forschungsteam Forstbehörden im monatlichen Rhythmus Satellitendaten zu Waldgebieten liefern und damit den operationellen Forstbetrieb in allen Regionen nachhaltig unterstützen.
Waldzustandsbericht
Der Wald steht in Deutschland seit 1984 unter Beobachtung, als die Befürchtungen für ein Waldsterben um sich griffen. Der jährliche „Waldzustandsbericht“ des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) dokumentiert den Kronenzustand der Hauptbaumarten Fichte, Kiefer, Buche und Eiche. Dies erfolgt stichprobenartig auf Basis festgelegter Beobachtungsflächen. Es sind somit Momentaufnahmen für eine überschaubare Anzahl an Beobachtungspunkten. Die Berichte weisen bei den Verlusten dabei nur die Flächen aus, die wieder bewaldet werden müssen. Zahlen über die tatsächlich von Baumverlusten betroffenen Flächen findet man darin üblicherweise nicht. Erdbeobachtungssatelliten können hier ergänzende Daten liefern.
