Stehendes Totholz
FVA BW / Katarzyna Zielewska-Büttner
Stehendes Totholz in Bergmischwald (Foto: Zielewska-Büttner)
Als ein wichtiger Baustein in dem Katalog der biodiversitätsrelevanten Waldstrukturen wurde in den Jahren 2019-2020 eine Methode zur automatisierten Erfassung von stehendem Totholz aus digitalen Luftbilddaten entwickelt.
Die Methode zielt darauf ab, das stehende Totholz mit einer Höhe von mehr als 5 m im Wald flächig zu erfassen. Als Eingangsdaten werden digitale Orthophotos (0,5 m Auflösung) und digitale Vegetationshöhenmodelle (1 m Auflösung) eingesetzt.
Abbildung 2: Lage von Black Forest in Germany (1); Das Untersuchungsgebiet (2) mit dem Feldsee, dem zweithöchsten Berggipfel von Feldberg „Seebuck“ (1448 m ü M.) und dem Bannwald „Feldseewald auf einem Hintergrund von einem Farbinfrarotem Orthophoto; Beispiele von stehenden abgestorbenen Bäumen (3, 4 ) und Stümpfen (4). Zielewska-Büttner
Untersuchungsgebiet "Feldseewald"
Die Methode wurde mit den Daten vom Bannwald Feldseewald und umliegenden Beständen kalibriert. Die großen Mengen von stehendem Totholz in unterschiedlichen Zersetzungsstadien waren ausschlaggebend für die Auswahl des Waldschutzgebietes als Untersuchungsgebiet. Zusätzlich spielten die variabel strukturierten Waldbestände mit vielen kleinen Lücken sowie das bewegte Gelände mit unterschiedlichen Neigungs- und Expositionssituationen eine große Rolle, da dadurch viele potentielle Schwierigkeiten z.B. durch flächigen Schatten oder Felswänden bei der Methodenentwicklung berücksichtigt werden konnten.
Methode
Abbildung: Ergebnisse der Totholzkartierung aus Luftbilddaten 2015-2016, FVA. Zielewska-Büttner
Das stehende Totholz wird in einem hybriden hierarchischen Verfahren mit pixel- und objektbasierten Ansätzen automatisiert klassifiziert. Zur spektralen und strukturellen Analyse des Bildmaterials und seinen Inhalten werden Random Forest sowie selbst entwickelte Algorithmen eingesetzt. Die methodischen Details sind in dem Artikel von Zielewska-Büttner et. al (2020) beschrieben (Siehe Literaturliste unten).
Die als Totholz klassifizierten Pixel der projizierten Kronenflächen von abgestorbenen Bäumen werden im letzten Schritt zusammengefasst und für die vereinfachte Darstellung in Polygone umgewandelt. Die Größe der Totholzpolygone liefert einen Hinweis auf das Zersetzungsstadium der abgestorbenen Bäume wie exemplarisch in der Abbildung 3 dargestellt ist (je größer die Kronen, desto frischer das Totholz).
Ergebnisse
Ein aktueller Schwerpunkt der Totholzkartierung liegt in den nadelholzreichen Bereichen des Landes Baden-Württemberg. Das stehende Totholz wird für zwei regionalen Einheiten, Schwarzwald und Baar-Wutach, kartiert. Die Ergebnisse für die Zeitreihen 2015-2017, 2018-2020 und 2021 liegen in Polygonformat und als prozentuelle Aggregierung in 10x10m Grid vor.
Anwendungen
Die Information bzgl. des Vorkommens von stehendem Totholz kann für die Evaluierung der Habitatnutzung durch bestimmte, an das Totholz gebundene, Waldarten ausschlaggebend sein. Im Arbeitsbereich Waldschutzgebiete und Biodiversität werden die Totholzlayer für die Habitatmodellierung in vielen biodiversitätsrelevanten Projekten eingesetzt.
Darüber hinaus kann das erfasste Totholz als Indikator bei vielen anderen Fragestellungen, wie die Walddynamik in Waldschutzgebieten und sonstigen Waldbeständen, Evaluierung des Alt und Totholz-Konzeptes oder Indikation von potentiellen Ausbruchsstellen für die Borkenkäfervermehrung herangezogen werden.
Weiterführende Literatur
Zielewska-Büttner, K., Adler, P., Kolbe, S., Beck, R., Ganter, L., Koch, B., Braunisch, V.. Detection of Standing Deadwood from Aerial Imagery Products: Two Methods for Addressing the Bare Ground Misclassification Issue. Forests 2020, 11, 801.
FVA-News, Totholz aus der Ferne kartieren. Neue Entwicklungen.
Mitwirkende: Katarzyna Zielewska-Büttner, Selina Ganz, Petra Adler, Veronika Braunisch
Ehemalige Mitwirkende: Johannes Brändle, Sven Kolbe, Ruben Beck, Lisa Maria Ganter
Methodische Zusammenarbeit: Arbeitsbereich Fernerkundung (Abteilung Biometrie und Informatik)
Datenbereitstellung: Projekt MoBiTools (Link zum Video "Waldstrukturkarten für geschützte Arten")