Diese unerwünschten Bäume werden mit Drohnen und KI entdeckt

Service Navigation

Unsichtbare Invasion im Wald KI spürt Götterbäume unter Baumkronen auf

Der invasive Götterbaum breitet sich in Südhessen aus, oft unbemerkt unter den Kronen anderer Bäume. Forschende der JLU Gießen haben ihn mit Drohnen und KI erstmals dreidimensional erfasst. Herkömmliche Luftbilder hätten einen Großteil des Befalls nicht aufgedeckt.

Von oben wirkt der lichte Kiefernwald bei Pfungstadt und Seeheim-Jugenheim (beide Darmstadt-Dieburg) zunächst unspektakulär. Doch zwischen den Stämmen und unter den Kronen wachsen Götterbäume, die auf klassischen Luftbildern kaum zu erkennen sind. Genau diese versteckten Bestände hat ein Forschungsteam der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) nun mithilfe von Drohnen und Künstlicher Intelligenz sichtbar gemacht.

Das Ergebnis: Mehr als 40 Prozent der tatsächlich befallenen Fläche lagen unter dem Kronendach und wären mit der üblichen Auswertung unentdeckt geblieben. "Ein erheblicher Teil dieser Invasion spielt sich im Verborgenen ab, unter dem Kronendach", sagt der Gießener Landschaftsökologe André Große-Stoltenberg. Die Ergebnisse wurden in einem akademischen Fachjournal veröffentlicht.

3D-Karte von Wäldern wird erstellt

Üblicherweise werden viele Luftaufnahmen zu einer großen, senkrecht von oben betrachteten Karte zusammengesetzt, einem sogenannten Orthomosaik. Dabei verdecken die Kronen größerer Bäume alles, was darunter wächst.

Die Forschenden der JLU haben deshalb die unbearbeiteten Einzelaufnahmen der Drohne aus verschiedenen schrägen Blickwinkeln ausgewertet. Das speziell entwickelte Kamerasystem nimmt besonders scharfe Bilder auf: Auf den Aufnahmen entsprechen fünf Millimeter in der Natur einem einzelnen Pixel.

Zudem macht die Kamera deutlich mehr Bilder pro Sekunde als gewöhnliche Drohnenkameras. Weil sich die Bilder überlappen und mit präzisen GPS-Daten verknüpft werden, können die Fundstellen in Breite, Länge und Höhe in ein dreidimensionales Waldmodell übertragen werden. Anschließend wertet eine Künstliche Intelligenz (KI) die Bilder aus. Die KI wurde mit zahlreichen markierten Aufnahmen trainiert und erkennt daran typische Merkmale des Götterbaums.

Götterbaum Ausbreitung noch am Anfang

Insgesamt kartierten die Forschenden 16,5 Hektar südhessische Waldfläche. Nach dem besten Modell wuchs der Götterbaum auf rund 0,45 Hektar: Das entspricht einem Anteil von etwa 2,75 Prozent. Die Ausbreitung stehe damit noch am Anfang. Dennoch hätten sich bereits nahezu undurchdringliche Dickichte gebildet, in denen fast ausschließlich Götterbäume wachsen.

Flächendeckende und gesicherte Daten zum Vorkommen in Hessens Wäldern gibt es bislang nicht. "Uns ist das Vorkommen in den dürregestressten Wäldern in Südhessen aufgefallen", berichtet Große-Stoltenberg. "Wir sind dem Götterbaum einfach entlang der Straße zum Ortsausgang gefolgt und haben uns dann die Kiefernwälder angeschaut". Generell komme die Art in Hessen vor allem im Süden und in städtischen Gebieten vor. Mit einer weiteren Ausbreitung sei zu rechnen.

Götterbaum kann andere Pflanzen verdrängen

Der ursprünglich aus Asien stammende Götterbaum wurde als Zier-, Straßen- und Parkbaum nach Europa gebracht. Problematisch wird er, wenn er dichte, von ihm dominierte Bestände bildet. Zudem kann er biochemische Stoffe abgeben, die das Wachstum benachbarter Pflanzen hemmen, mit möglichen Folgen für die natürliche Verjüngung des Waldes und die Artenvielfalt.

In Städten ist die Bilanz allerdings nicht ausschließlich negativ. Dort spendet der Baum Schatten und kann zur Abkühlung beitragen. Allerdings können seine kräftigen Wurzeln die Infrastruktur beschädigen. Auch für den Weinbau könnte der Götterbaum problematisch werden, weil sich bestimmte Schädlinge auf ihm vermehren und von dort auf Reben ausbreiten könnten. Der Götterbaum sei deshalb "mit allen Vor- und Nachteilen ein Zukunftsthema", sagt Große-Stoltenberg.

Einfaches Fällen kann die Ausbreitung verstärken

Kleine Pflanzen können ausgerissen, abgeschnitten oder lichtdicht abgedeckt werden. Doch der Götterbaum bildet zahlreiche Wurzelausläufer und treibt auch aus einem verbliebenen Stumpf erneut aus. Ohne regelmäßige Nachbehandlung könne das Fällen oder Schneiden deshalb sogar zu einer massenhaften Vermehrung führen.

Bei größeren Einzelbäumen kommt als Alternative das sogenannte Ringeln infrage. Dabei wird die Rinde rund um den Stamm entfernt, sodass der Baum langsam abstirbt und möglichst nicht erneut austreibt. Die Bekämpfung bleibt dennoch aufwendig, weil Samen mehrere Jahre im Boden überdauern und auch Wurzelstücke neue Pflanzen hervorbringen können. "Fällen oder Schneiden ist deshalb selten die einzige Methode zur Bekämpfung", betont Große-Stoltenberg.

Technik soll auch andere Arten aufspüren

Das Verfahren könnte künftig auch zur Früherkennung anderer invasiver Pflanzenarten eingesetzt werden, sofern ihre charakteristischen Merkmale auf den hochauflösenden Bildern zu erkennen sind. Denkbar ist beispielsweise ein Monitoring entlang von Straßen und Bahnstrecken. Besonders interessant sei die Methode überall dort, wo dreidimensionale Daten benötigt werden oder unter Baumkronen geschaut werden soll, aber keine aufwendigeren Laserscanning-Daten zur Verfügung stehen.

Getestet wurde die Drohnentechnik auch in den Stromtalwiesen bei Riedstadt, um dort geschützte Pflanzenarten zu erfassen. Weitere mögliche Anwendungen reichen von der Kartierung von Totholz bis zum Monitoring von Streuobstwiesen. Entstanden ist die Forschung im Projekt "MonA", an dem neben der JLU auch die Hochschule Rhein-Waal beteiligt war und das vom Hessischen Biodiversitätsforschungsfonds des HLNUG gefördert wurde.