Die Satellitenüberwachung der Biodiversität rückt in greifbare Nähe

Globale Biodiversitätsbewertungen erfordern die kontinuierliche Erfassung von Daten über Veränderungen der pflanzlichen Biodiversität. Forschende der Universitäten Zürich und Montréal haben nun gezeigt, dass Pflanzengemeinschaften mittels bildgebender Spektroskopie zuverlässig überwacht werden können, was in Zukunft via Satellit möglich sein wird. Dies ebnet den Weg für ein globales Biodiversitätsmonitoring nahezu in Echtzeit.

International vergleichbare Daten zur Biodiversität werden benötigt, um bedrohte Ökosysteme zu schützen, zerstörte Lebensräume wiederherzustellen und den negativen Auswirkungen des globalen Biodiversitätsverlusts entgegenzuwirken. Die derzeitige Überwachung der Biodiversität ist jedoch arbeitsintensiv und kostspielig. Darüber hinaus sind viele Orte auf der ganzen Welt schwer zugänglich.

Biodiversitätsmonitoring aus dem Weltraum via Satellit möglich

Anna Schweiger von den Remote Sensing Laboratories des Geographischen Instituts der Universität Zürich (UZH) und Etienne Laliberté von der University of Montréal haben nun gezeigt, dass sich die pflanzliche Biodiversität in Ökosystemen von der arktischen Tundra bis zu tropischen Wäldern zuverlässig mit Bildspektrometrie erfassen lässt . „Wir hoffen, mit unserer Studie dazu beitragen zu können, Veränderungen in der Artenzusammensetzung der Ökosysteme unserer Erde künftig aus dem Weltraum zu erkennen. Ziel ist es, evidenzbasierte Leitlinien für politische Maßnahmen zum Schutz von Arten und zur Abmilderung negativer Folgen des Biodiversitätsverlusts zu liefern“, sagt sie Erstautorin Anna Schweiger.

Bildgebende Spektrometer messen die Lichtreflexion vom sichtbaren bis zum kurzwelligen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Der Reflexionsgrad von Pflanzen wird durch ihre chemischen, anatomischen und morphologischen Eigenschaften bestimmt, die für Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt wichtig sind. „Pflanzen mit ähnlichen Merkmalen sowie nahe verwandte Arten haben daher tendenziell ähnliche Reflexionsspektren“, erklärt Schweiger.

Mit reflektiertem Licht die Eigenschaften einzelner Pflanzen und Pflanzengemeinschaften beurteilen

Die aktuelle Studie, erschienen in Naturkommunikation, ist eine Fortsetzung der Arbeit der Forscher an spektralen Diversitätsmetriken. Ihre Indizes berechnen die spektrale Variation zwischen einzelnen Pflanzen innerhalb von Gemeinschaften und zwischen Gemeinschaften innerhalb einer Region. Die Vielfalt innerhalb von Gemeinschaften wird als Alpha-Diversität bezeichnet, während die Vielfalt zwischen Gemeinschaften als Beta-Diversität bezeichnet wird.

Die Daten für die Studie stammen vom National Ecological Observatory Network (NEON). Das Netzwerk verwendet standardisierte Methoden, um Biodiversitäts- und Erdbeobachtungsdaten in den Vereinigten Staaten zu sammeln, die dann öffentlich zugänglich gemacht werden. NEON Imaging Spektrometerdaten, die bei Forschungsflügen gesammelt wurden, haben eine Pixelgröße von 1×1 Meter.

Berechnungen der spektralen Diversität zeigten, dass der Nachweis von Alpha-Diversität von der Pflanzengröße abhängt. Die in Wäldern mit geschlossenen Kronen und großen einzelnen Bäumen berechnete spektrale Diversität stimmte besser mit der am Boden bestimmten Pflanzendiversität überein als die spektrale Diversität, die in offenen Landschaften berechnet wurde, die von kleinen krautigen Pflanzen und Gräsern dominiert wurden. Die spektrale Beta-Diversität erfasste jedoch Unterschiede in der Zusammensetzung der Pflanzengemeinschaft über alle untersuchten Ökosysteme hinweg, basierend auf einer räumlichen Auflösung von 20 x 20 Metern. Diese Pixelgröße entspricht der Größe der Vegetationsinventarplots von NEON.

Überwachung der globalen Biodiversität nahezu in Echtzeit

Sowohl die Europäische Weltraumorganisation (ESA) als auch ihr nordamerikanisches Pendant NASA entwickeln derzeit satellitengestützte Bildspektrometer. Diese sollen etwa alle 16 Tage den gesamten Globus mit einer Pixelgröße von etwa 30×30 Metern abbilden. Die Ergebnisse der Studie veranschaulichen, dass diese Daten es ermöglichen sollten, Ökosystemveränderungen zu erkennen, sobald sie stattfinden. „Unsere Studie wird dazu beitragen, Veränderungen in der Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften in absehbarer Zeit effektiv und zuverlässig per Satellit zu bestimmen. Dies wird gezielte Feldkampagnen zur Bewertung der Ursachen und Folgen von Ökosystemveränderungen ermöglichen, damit die Beteiligten rechtzeitig reagieren können“, sagt Anna Schweiger. Laut Schweiger ist ein globales Monitoring der Biodiversität – fast in Echtzeit – in greifbare Nähe gerückt.