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Frühzeitige Erkennung forstschädlicher Insekten anhand ihrer arteigenen Volatile mittels Ionenmobilitätsspektroskopie im präventiven Waldschutz

Ziel des hier beantragten Vorhabens ist die Entwicklung und Anwendungserprobung eines modernen und effektiven Sensorikverfahrens unter Verwendung der Ionenmobilitätsspektrometrie zur frühzeitigen Erkennung forstschädlicher Insekten der Arten Nonne (Lymantria monacha L.), Eichenprozessionsspinner (Thaumetopoea processionea L.) und Buchdrucker (Ips typographus L.) auf Basis der in den verschiedenen Entwicklungsstadien emittierten Substanzen. Um eine valide Messtechnik hierfür bereitzustellen, werden zunächst anhand umfangreicher Labor- und Feldmessungen die von den Insekten und befallenen Bäumen abgegebenen Volatile untersucht und identifiziert. Die Ionenmobilitätsspektrometrie als Sensortechnik wird auf Basis dieser Ergebnisse weiterentwickelt und entsprechend konfiguriert. Ziel ist die Entwicklung eines anwenderfreundlichen Handgerätes, das einfach zu bedienen ist und im forstlichen Monitoring angewendet wird.

Tree Species - Sentinel-2 - Germany, 2016

The Tree Species Germany product provides a map of dominant tree species across Germany for the year 2016 at a spatial resolution of 10 meters. The map depicts the distribution of ten tree species groups derived from multi-temporal optical Sentinel-2 data. The input features explicitly incorporate phenological information to capture seasonal vegetation dynamics relevant for species discrimination. A total of over 100,000 training and test samples were compiled from publicly accessible sources, including urban tree inventories, Google Earth Pro, Google Street View, and field observations. The final product was created by majority-voting on annual XGBoost Sentinel-2 tree species classifications (2016–2024) and filtering with forest structure data. If no clear majority vote was achieved, the class uncertain was assigned. The Tree Species Germany 2016 product achieves an overall F1-score of 0.95. For the dominant species pine, spruce, beech, and oak, class-wise F1-scores range from 0.92 to 0.99, while F1-scores for other widespread species such as birch, alder, larch, Douglas fir, fir, and other deciduous species range from 0.85 to 0.96. The product provides a consistent, high-resolution, and up-to-date representation of tree species distribution across Germany. Its transferable, cost-efficient, and repeatable methodology enables reliable large-scale forest monitoring and offers a valuable basis for assessing spatial patterns and temporal changes in forest composition in the context of ongoing climatic and environmental dynamics.

Tree Species - Sentinel-1/2 - Germany, 2022

The Tree Species Germany product provides a map of dominant tree species across Germany for the year 2022 at a spatial resolution of 10 meters. The map depicts the distribution of ten tree species groups derived from multi-temporal optical Sentinel-2 data, radar data from Sentinel-1, and a digital elevation model. The input features explicitly incorporate phenological information to capture seasonal vegetation dynamics relevant for species discrimination. A total of over 80,000 training and test samples were compiled from publicly accessible sources, including urban tree inventories, Google Earth Pro, Google Street View, and field observations. The final classification was generated using an XGBoost machine learning algorithm. The Tree Species Germany product achieves an overall F1-score of 0.89. For the dominant species pine, spruce, beech, and oak, class-wise F1-scores range from 0.76 to 0.98, while F1-scores for other widespread species such as birch, alder, larch, Douglas fir, and fir range from 0.88 to 0.96. The product provides a consistent, high-resolution, and up-to-date representation of tree species distribution across Germany. Its transferable, cost-efficient, and repeatable methodology enables reliable large-scale forest monitoring and offers a valuable basis for assessing spatial patterns and temporal changes in forest composition in the context of ongoing climatic and environmental dynamics.

Forstliche Umweltkontrolle (forstliches Umweltmonitoring) im Land Brandenburg

Das SG Forstliche Umweltkontrolle/Bodenkunde erbringt auf Ebene der hoheitlichen Zuständigkeit für den Wald Informationen für Politik und Forstwirtschaft zur nachhaltigen, ökonomisch erfolgreichen und ökologisch verträglichen Bewirtschaftung der Wälder. Voraussetzung einer qualifizierten und zeitnahen Politikberatung sind die zielgerichtete Analyse und Bewertung der Risiken und Potentiale für den Wald und die nachhaltige Forstwirtschaft. Herausforderungen des Klimawandels, die Luftverschmutzung und der sich ändernden Bewirtschaftungsansprüche an Wälder erfordern ein forstliches Umweltmonitoring im Sinne eines integrativen Waldmonitoring. Im Forstlichen Monitoring sind zugleich Landes-, Bundes- als auch Europäische Monitoringaufgaben beispielhaft integriert. Der Bundesrepublik Deutschland erwachsen aus internationalen Vereinbarungen zur nachhaltigen Waldbewirtschaftung (MCPFE), zum Klimaschutz (Klimarahmenkonvention, Kyoto-Protokoll), zum Schutz der biologischen Vielfalt (CBD) und zur Luftrein¬haltung (CLRTAP) vielfältige Berichtspflichten, die nur auf Grundlage eines forstlichen Umweltmonitoring erfüllt werden können. Die EU-weit etablierten Monitoringprogramme (EU Level I bzw. BZE/WZE und Level II) bieten eine wissenschaftlich fundierte Grundlage und die Infrastruktur für das Waldmonitoring. Sie werden im Rahmen eines aufzubauenden europäischen Waldmonitoring (European Forest Monitoring System EFMS) weiterentwickelt und mit anderen Erhebungen (z. B. BWI) abgestimmt und verknüpft. Die aus dem Waldmonitoring abgeleiteten Risikobewertungen und Anpassungsmaßnahmen für die Waldbewirtschaftung sind ein wichtiges Element moderner Dienstleistung für die forstliche Praxis und bilden unverzichtbare Entscheidungshilfen für die Forst- und Umweltpolitik. Das forstliche Monitoring zum Waldzustand liefert wichtige Grundlagen zu strategischen Entscheidungen zur Waldentwicklung. Schwerpunkte: - Erfassung der Dynamik der stofflichen (Wasser, Immission CO2, O3; Deposition N, Säure) und energetischen (Strahlung, Temperatur, Wind) Umwelteinwirkungen auf den Wald (Level II) - Erfassung ihrer Wirkungen auf den Zustand der Waldökosysteme (Pflanzenvitalität, Bodenzustand, Wasser-, Kohlenstoff- und Nährstoffhaushalt, Biodiversität) Level I, LWI, BZE und Level II - Abschätzung der Folgen für die nachhaltige Erfüllung der Waldfunktionen für die Gegenwart, Aufklärung ihrer kausalen Zusammenhänge und Entwurf von Szenarien zur Prognose. - Bodenzustanderfassung und Ableitung von Handlungsempfehlungen für den Waldbodenschutz - Erstellung periodischer Waldzustandsbericht - Kennzeichnung von Risikogebieten für die Forstwirtschaft (Wachstumsbedingungen, Waldbrand, Insekten, Stürme unter Einbeziehung verschiedener Klimaszenarien) zum zielgerichteten Einsatz von Haushaltsmitteln und Fördergeldern (Regionalisierung), - Ermittlung von Daten zur Abschätzung der Kohlendioxid-Speicherfähigkeit der Wälder sowie Veränderungen dieses Speichers bei bestimmten Nutzungsoptionen. - Bearbeitung bodenkundlicher Sonderstandorte und Ableitung von Handlungsempfehlungen für Waldentwicklung Gutachten für die Forstverwaltungen als TÖB bei Emittenten in Waldnähe (Biogasanlagen, Tierhaltungsstätten)

Dauerbeobachtungsflächen zum Waldzustand (LEVEL II)

Forstlichen Umweltmonitoring / LEVEL-II-Programm Zur Waldzustandsüberwachung im Rahmen des Forstlichen Umweltmonitorings betreibt das Landesamt für Forsten und Großschutzgebiete im Rahmen des sog. "Level-II-Programms" der Europäischen Union zwei Dauerbeobachtungsflächen (EU-DBF). Ziel ist es, die Ursache-Wirkung-Beziehung von Umweltfaktoren in (europaweit) verbreiteten Waldökosystemen zu untersuchen, zu erkennen, zu dokumentieren und zu werten. Von den Umweltfaktoren wird der Einfluss von Luftverunreinigungen im Speziellen beobachtet. Die EU-DBF befinden sich in den Forstämtern Sandhof und Rothemühl (Flächenbezeichnung "Torgelow"). Das Untersuchungsprogramm der im Lande betriebenen EU-DBF umfasst im Einzelnen folgende Bereiche: - Periodische Erhebungen des Bodenzustandes (alle 10 Jahre), - Erhebung des Kronenzustandes (jährlich), - Blatt-/Nadelanalysen (alle 2 Jahre), - Depositionsmessungen (alle 2 Wochen; bei Stammabfluss permanent), - Zuwachsmessungen (alle 5 Jahre; Durchmesserzuwachs permanent), - Meteorologische Messungen incl. der Bodentemperatur und -feuchte sowie der Global- und UV-B-Strahlung (kontinuierlich), - Bodenvegetation (einmal jährlich), - Sickerwassermessung (alle 2 Wochen; permanent in Betrieb), - Streufallmessung (alle 4 Wochen). - Luftkonzentrationsmessungen (kontinuierlich) Erkenntnisse aus dem Level-II-Programm bilden eine Grundlage für heutige und weit in die Zukunft reichende Behandlungs- und Planungskonzepte für den Wald. Auch sollen sie für spezielle und tiefer greifende Fragestellungen der angewandten Forschung, aber auch der Grundlagenforschung, zur Verfügung stehen und möglichst umfassend genutzt werden. Das Land Mecklenburg-Vorpommern leitet die erfassten Level-II-Daten jährlich an die EU weiter. Erste Ergebnisse für das Land sind in einem Zwischenbericht dargestellt, der beim Landesamt für Forsten und Großschutzgebiete eingesehen werden kann. Weiterhin ist ein Faltblatt zum Forstlichen Umweltmonitoring erhältlich.

Biologische Bodenzustandserhebung deutscher Wälder, Teilvorhaben 1: Beprobung von Flächen des forstlichen Umweltmonitorings und integrierende Auswertung von Biodiversität und Standortsfaktoren

Die Vielfalt und Aktivität der Bodengemeinschaften aus Pilzen, Bakterien, Archaeen und anderen Einzellern ist wichtig für Funktionen wie die C Speicherung, die Resilienz von Bäumen gegenüber dem Klimawandel und den Umsatz von organischen Bestandteilen. Es gibt zwar mit der Bodenzustandserhebung im Wald (BZE) ein bundesweites Monitoring, welches Auskunft über die Vitalität der Bäume und den physikochemischen Bodenzustand gibt. Die Bodenbiologie wird dabei allerdings nicht berücksichtigt. Ein erweitertes systematisches Monitoring kann helfen, Zusammenhänge zwischen standörtlichen Gegebenheiten und Bodenorganismen und deren Funktionen besser zu verstehen. Dieses Projekt zielt daher darauf ab, die umfangreichen Daten der BZE mit neu erhobenen Daten zu Biodiversität und biologische Aktivität im Boden zu verknüpfen. Im Zuge der dritten BZE soll eine deutschlandweite Probennahme an BZE-Punkten und auf Flächen des Level-II-Intensivmonitorings stattfinden. Die Proben sollen hinsichtlich der Biodiversität mithilfe molekularer und komplementärer Verfahren zur Messung von Biomasse und Aktivität analysiert werden. Ziel ist ein besseres prozessbasiertes Verständnis des Beitrags von Wäldern und Waldböden zu ausgeglichenen und nachhaltigen biogeochemischen Kreisläufen. Daraus lassen sich waldbauliche Handlungsempfehlungen zur Vorbeugung und Anpassung an den globalen Wandel entwickeln. Gleichzeitig kann eine Wissenslücke zum Zustand der Biodiversität in Deutschlands Waldböden geschlossen werden.

Forstliche Umweltbeobachtung: Boden - Wasser - Luft

Ermittlung von Ausmaß, Verlauf und weiterem Fortschreiten der Walderkrankungen zur Vorbereitung und Auswertung der jährlichen Waldzustandserhebung im Rahmen der Erforschung von Ursachen für Waldschäden.

Satellitengestützte Echtzeitüberwachung und Risikoabschätzung des Waldzustandes, Teilvorhaben 2: Satellitengestütztes Monitoring

Neue Ansätze in digitalem Wald-Monitoring, Aufbereitung und der digitalen Bereitstellung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Daten zu Wuchsleistung, Stress, und Waldschäden sind dringend erforderlich, um die Auswirkungen mehrerer und kombinierter Stressfaktoren auf das Funktionieren von Waldökosystemen und den damit verbundenen Ökosystemleistungen besser und auch schneller beurteilen zu können. Das Verbundvorhaben WALD-Puls setzt sich aus zwei integrierten Teilvorhaben zusammen. Ziel des ersten Teilvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines Wald-Monitoring Systems, das in Nahe-Echtzeit und räumlich verteilt boden- als auch satellitengestützte Daten sammelt und verknüpft, um dadurch die Risikoabschätzung zu verbessern und langfristige Projektionen zu unterstützen - von der Wurzel bis zur Krone - vom Einzelbaum zum Bestand - vom Bestand zum Waldökosystem. Ziel des zweiten Teilvorhabens ist den bereits bestehenden Waldzustandsmonitor (WZM) bzgl. der räumlichen Auflösung und der zeitlichen Latenz zu verbessern, zusätzliche Produkte einschließlich Frühwarnindikatoren bereitzustellen um darauf basierend ein deutschlandweites, digitales Waldzustandsmonitoring aufzubauen. Beide TVs sollen durch ein integratives Arbeitspaket schließlich miteinander verknüpft werden, um durch iterative Optimierung maximale Synergien zu erzielen. Den traditionellen Blick von unten in die Baumkronen wird in WALD-Puls um den informierten Blick von oben erweitert. Echtzeitdaten des Baumwachstums werden mit Satellitendaten verschnitten, ermöglichen eine flächenhafte, hochaufgelöste Risikobewertung und werden direkt über eine Web-Plattform und ein gekoppeltes, automatisiertes Frühwarnsystem (z.B. SMS) Waldbewirtschafter*innen und anderen Interessent*innen zur Verfügung gestellt.

Satellitengestützte Echtzeitüberwachung und Risikoabschätzung des Waldzustandes, Teilvorhaben 1: Bodengestütztes Monitoring

Neue Ansätze in digitalem Wald-Monitoring, Aufbereitung und der digitalen Bereitstellung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Daten zu Wuchsleistung, Stress, und Waldschäden sind dringend erforderlich, um die Auswirkungen mehrerer und kombinierter Stressfaktoren auf das Funktionieren von Waldökosystemen und den damit verbundenen Ökosystemleistungen besser und auch schneller beurteilen zu können. Das Verbundvorhaben WALD-Puls setzt sich aus zwei integrierten Teilvorhaben zusammen. Ziel des ersten Teilvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines Wald-Monitoring Systems, das in Nahe-Echtzeit und räumlich verteilt boden- als auch satellitengestützte Daten sammelt und verknüpft, um dadurch die Risikoabschätzung zu verbessern und langfristige Projektionen zu unterstützen - von der Wurzel bis zur Krone - vom Einzelbaum zum Bestand - vom Bestand zum Waldökosystem. Ziel des zweiten Teilvorhabens ist den bereits bestehenden Waldzustandsmonitor (WZM) bzgl. der räumlichen Auflösung und der zeitlichen Latenz zu verbessern, zusätzliche Produkte einschließlich Frühwarnindikatoren bereitzustellen um darauf basierend ein deutschlandweites, digitales Waldzustandsmonitoring aufzubauen. Beide TVs sollen durch ein integratives Arbeitspaket schließlich miteinander verknüpft werden, um durch iterative Optimierung maximale Synergien zu erzielen. Den traditionellen Blick von unten in die Baumkronen wird in WALD-Puls um den informierten Blick von oben erweitert. Echtzeitdaten des Baumwachstums werden mit Satellitendaten verschnitten, ermöglichen eine flächenhafte, hochaufgelöste Risikobewertung und werden direkt über eine Web-Plattform und ein gekoppeltes, automatisiertes Frühwarnsystem (z.B. SMS) Waldbewirtschafter*innen und anderen Interessent*innen zur Verfügung gestellt.

Satellitengestützte Echtzeitüberwachung und Risikoabschätzung des Waldzustandes

Neue Ansätze in digitalem Wald-Monitoring, Aufbereitung und der digitalen Bereitstellung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Daten zu Wuchsleistung, Stress, und Waldschäden sind dringend erforderlich, um die Auswirkungen mehrerer und kombinierter Stressfaktoren auf das Funktionieren von Waldökosystemen und den damit verbundenen Ökosystemleistungen besser und auch schneller beurteilen zu können. Das Verbundvorhaben WALD-Puls setzt sich aus zwei integrierten Teilvorhaben zusammen. Ziel des ersten Teilvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines Wald-Monitoring Systems, das in Nahe-Echtzeit und räumlich verteilt boden- als auch satellitengestützte Daten sammelt und verknüpft, um dadurch die Risikoabschätzung zu verbessern und langfristige Projektionen zu unterstützen - von der Wurzel bis zur Krone - vom Einzelbaum zum Bestand - vom Bestand zum Waldökosystem. Ziel des zweiten Teilvorhabens ist den bereits bestehenden Waldzustandsmonitor (WZM) bzgl. der räumlichen Auflösung und der zeitlichen Latenz zu verbessern, zusätzliche Produkte einschließlich Frühwarnindikatoren bereitzustellen um darauf basierend ein deutschlandweites, digitales Waldzustandsmonitoring aufzubauen. Beide TVs sollen durch ein integratives Arbeitspaket schließlich miteinander verknüpft werden, um durch iterative Optimierung maximale Synergien zu erzielen. Den traditionellen Blick von unten in die Baumkronen wird in WALD-Puls um den informierten Blick von oben erweitert. Echtzeitdaten des Baumwachstums werden mit Satellitendaten verschnitten, ermöglichen eine flächenhafte, hochaufgelöste Risikobewertung und werden direkt über eine Web-Plattform und ein gekoppeltes, automatisiertes Frühwarnsystem (z.B. SMS) Waldbewirtschafter*innen und anderen Interessent*innen zur Verfügung gestellt.

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