Forscher der University of Nevada in Reno haben neue leistungsstarke digitale Kartierungstools entwickelt, die eine Verbesserung der Weidelandbewirtschaftung versprechen, insbesondere der öffentlichen Ländereien im entlegenen Westen der USA.
Die durch die Forschung der Universität ermöglichten erheblichen Verbesserungen bei der Kartierung der Vegetation liefern den Verwaltern von Weideland, Viehzüchtern sowie der Verwaltung öffentlicher Ländereien durch den Bund bessere Informationen für die Entscheidungsfindung im großen Maßstab zur Milderung der Auswirkungen von Beweidung, Waldbränden und anderen potenziellen Störungen.
Die Forschung wurde von Lucas Phipps, einem Weidelandökologen, und Professor Tamzen Stringham durchgeführt, beide in der Abteilung für Landwirtschaft, Veterinärmedizin und Weidelandwissenschaften am College für Landwirtschaft, Biotechnologie und natürliche Ressourcen der Universität. Stringham führt auch Forschungen im Rahmen der Experimentierstation des College durch. Die Ergebnisse waren veröffentlicht im Journal Ökologie und Management von Weideland.
Big Data nutzbar machen
Phipps erklärte, dass das neue Kartierungsverfahren auf robustem maschinellem Lernen basiert, das riesige Mengen von Informationen verarbeitet, die von Satellitenbildern und von Generationen von Wissenschaftlern vor Ort in akribischer Kleinarbeit zusammengetragen wurden. Das Ergebnis: Kartenraster, die Vegetationsmuster genauer darstellen als bisherige Methoden.
Genaue Informationen über die Vegetation sind besonders in Nevada wichtig, wo die Bundesregierung mehr als 80 % des Landes besitzt. Viele Viehzüchter des Staates wünschen sich mehr Flexibilität bei der Bewirtschaftung der Weideflächen, die sie von Bundesbehörden pachten. Tatsächlich haben sich vier Ranches des Staates mit dem Bureau of Land Management zusammengeschlossen, um Bewirtschaftungsmethoden zu testen, die den Viehzüchtern mehr Möglichkeiten bieten, selbst auf sich ändernde Bedingungen zu reagieren.
Für eine derartige flexible Bewirtschaftung seien allerdings möglichst gute Informationen über die Vegetation und ihre Veränderungen erforderlich, um eine angemessene Beweidung der Weideflächen zu gewährleisten, so Phipps.
Zwei der am BLM-Programm teilnehmenden Ranches in Nevada Ergebnisorientiertes Weideprogramm– die Winecup-Gamble Ranch nordöstlich von Wells und die Smith Creek Ranch westlich von Austin – wurden zu Testgeländen für die von Universitätsforschern entwickelte Kartierungstechnologie.
Die weitläufige Winecup-Gamble Ranch wäre für traditionelle Vegetationskartierungstechniken besonders schwierig, sagte Phipps. Die Ranch umfasst rund 400.000 Hektar, eine Fläche größer als Rhode Island, entlang der Grenze zwischen Nevada und Utah. Viele der abgelegenen Abschnitte der Ranch wären für eine Überwachung der Vegetation vor Ort schwierig.
Hochwertiges Mapping
In der Vergangenheit wurden Vegetationskarten auf der Grundlage von Untersuchungen der Bodenarten sowie von Daten zu Faktoren wie Niederschlag, Durchschnittstemperatur und Höhe erstellt. Ab Mitte der 1980er Jahre ermöglichte die Bereitstellung von Ferndaten des NASA-Satelliten Landsat den Forschern die Erstellung großflächiger Karten. Außerdem begannen Forscher, Satellitenbilder zu verwenden, um großflächige Veränderungen von einem Jahr zum nächsten zu verfolgen.
Das von Phipps und Stringham entwickelte Verfahren nutzt maschinelle Lernanalysen von mehr als 40 Umweltvariablen, um Vegetationskarten zu erstellen, die mehr Informationen und qualitativ bessere Informationen enthalten als bestehende Kartierungsprodukte. Die mit dem neuen Verfahren erstellten Karten wurden durch Bodenbeobachtungen an 450 Standorten validiert.
Trotz der Genauigkeit und Weitsicht der durch maschinelles Lernen und Fernerkundung erstellten Vegetationskarten könne die neue Technologie die Beobachtungen erfahrener Wissenschaftler vor Ort nicht ersetzen, sagte Phipps.
„Bodentruppen bleiben der Goldstandard“, sagte er. „Aber um Karten von großen oder abgelegenen Gebieten zu erstellen, wird es zu einem Personalproblem.“
Auswirkungen auf den Westen, die Welt
Das Kartierungsprojekt, so Phipps, passe gut zum Auftrag der Universität als Land-grant-Universität, wo ein Großteil der Arbeit darauf ausgerichtet ist, das tägliche Leben der Menschen in Nevada und darüber hinaus zu verbessern. Die Bemühungen, die Wildnisgebiete von den Schäden durch Feuer, Bergbau und Geländefahrzeuge zu erholen, werden durch ein besseres Verständnis der Vegetationsmuster gestärkt.
Die neue Vegetationskartierung wurde zwar auf den beiden Ranches in Nevada entwickelt, doch Phipps sagte, ein klarer nächster Schritt sei die Ausweitung auf den Rest von Nevada und die Nachbarstaaten.
Und nicht nur Nevada und andere westliche Staaten werden davon profitieren. Phipps meint, auch andere Länder, die keine umfangreichen Bodenuntersuchungen durchgeführt haben, könnten die neue Technologie nutzen, um hochwertige Vegetationskarten zu entwickeln, die ihnen bessere Entscheidungen ermöglichen würden.
„Die wissenschaftliche Gemeinschaft, die Viehzüchter und die staatlichen Landverwalter haben alle ein Interesse an einer guten Verwaltung der Weideflächen“, sagte Phipps. „Sie haben die Arbeit der Universität wirklich gelobt, da sie die Möglichkeiten dieses wichtigen neuen Werkzeugs zur Vegetationskartierung erkannt haben.“
Mehr Informationen:
Lucas Phipps et al., Digitale Kartierung vegetativer Großgruppen zur Entwicklung von Managementstrategien, Ökologie und Management von Weideland (2024). DOI: 10.1016/j.rama.2024.01.006