Remote Sensing of the Ecosystem Impact of Invasive Alien Plant Species
Creators: name: Ewald, Michael Wolfgang
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2020

description: Invasive Pflanzenarten können Ökosysteme durch Beeinflussung von einheimischen Pflanzengesellschaften und Ökosystemprozessen verändern. Solche Ökosystemauswirkungen wurden mit Hilfe von Experimenten oder Feldaufnahmen umfassend untersucht. Großflächige Auswirkungen, zum Beispiel auf Habitat- oder Landschaftsebene wurden bisher jedoch kaum untersucht. Mit Hilfe von Fernerkundung können räumlich explizite Informationen über die Verteilung von Arten und Ökosystemeigenschaften erfasst werden und somit die Lücke in der Erforschung der großflächigen Auswirkungen invasiver Arten geschlossen werden. Bisher wurde Fernerkundung vor allem zur Kartierung von Vorkommen invasiver Pflanzenarten eingesetzt, jedoch nur selten zur Abschätzung ihrer Auswirkungen. Diese Arbeit zielt darauf ab, das Potential der Fernerkundung für die Bewertung von Ökosystemauswirkungen invasiver Pflanzenarten zu analysieren. Zu diesem Zweck wurden drei Forschungsarbeiten angefertigt, die verschiedene Aspekte dieses Potenzials beleuchten: (1) Die Ermittlung von Vegetationseigenschaften in von Invasionen betroffenen Ökosystemen, (2) die Analyse von Auswirkungen invasiver Arten auf unterschiedlichen räumlichen Skalen und (3) eine räumlich explizite Darstellung von Ökosystemauswirkungen invasiver Pflanzenarten. Die erste Studie beschäftigt sich mit der Kartierung von Blattstickstoff (N) und -phosphorgehalten (P) in einem Laubmischwald mit Vorkommen der frühblühenden Traubenkirsche (Prunus serotina Ehrh.). Für die Kartierung wurden hyperspektrale und Laserscanning (LiDAR) Daten kombiniert. Die Studie ergab, dass die Bestimmung von N und P aus hyperspektalen Fernerkundungdaten in Baumkronen mit hoher struktureller Heterogenität erschwert wird. Allerdings konnte auch ein Zusammenhang zwischen chemischer Zusammensetzung und der Struktur des Kronendaches festgestellt werden. So konnten die von LiDAR-Daten abgeleiteten Strukturinformationen genutzt werden, um die Vorhersagen von N und P zu verbessern. In der zweiten Studie wurden aus Fernerkundungsdaten erstellte Karten von Ökosystemeigenschaften genutzt, um Gebiete mit und ohne P. serotina zu vergleichen. Die Karten umfassten N und P, sowie das N:P-Verhältnis von Blättern, das Holzvolumen und den Blattflächenindex (LAI). Es wurden sowohl Unterschiede in den Werten von Blattinhaltsstoffen als auch in der Waldstruktur für Standorte mit und ohne P. serotina festgestellt. Diese Unterschiede waren auch auf Bestandsebene erkennbar, wenn auch in geringem Maße. In der dritten Studie wurden hyperspektrale Luftbilder verwendet um die prozentuale Deckung des Kaktusmooses (Campylopus introflexus (Hedw.) Brid.) in einem Dünenökosystem großflächig zu kartieren. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang zwischen dem Deckungsgrad von C. introflexus und der Artenvielfalt von Pflanzen untersucht. In Kombination wurden diese Ergebnisse verwendet, um potenzielle Bereiche mit hohen Auswirkungen zu kennzeichnen. Basierend auf diesen drei Studien wurden in dieser Arbeit zwei grundlegende methodische Ansätze zur Analyse von Ökosystemauswirkungen invasiver Pflanzenarten per Fernerkundung identifiziert und angewandt. Der erste Ansatz besteht darin, mit Hilfe von Fernerkundung erstellte Karten von Ökosystemeigenschaften zu verwenden, um diese Eigenschaften in Abhängigkeit des Vorkommens invasiver Arten auszuwerten. Wie gezeigt werden konnte, ist dies auch für große Flächen, beispielsweise auf der Habitat- oder Landschaftsebene, möglich. Somit kann Fernerkundung zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen von invasiven Arten beitragen. Der zweite Ansatz basiert auf der Kartierung von Abundanzen invasiver Pflanzenarten. Diese können als Indikator für die Stärke der Auswirkungen genutzt werden. Die resultierenden Karten können verwendet werden, um Bereiche mit hohen Auswirkungen zu identifizieren. Darüber hinaus ermöglicht dieser zweite Ansatz den Vergleich der Auswirkungen zwischen verschiedenen Arten oder Lebensraumtypen und kann somit wertvolle Informationen für Managemententscheidungen liefern. Da die Ableitung vieler Ökosystemeigenschaften aus Fernerkundungsdaten nach wie vor eine Herausforderung darstellt, sollte die zukünftige Forschung darauf abzielen, die Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften und der Reflektanz der Vegetation besser zu verstehen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für eine zuverlässige Vorhersage über verschiedene Lebensräume hinweg. Zukünftige Fernerkundungsstudien, mit dem Ziel invasive Arten zu kartieren, sollten sich auf die Vorhersage von Deckungsgraden konzentrieren. Darüber hinaus sind generalisierte Verfahren wünschenswert, die eine erfolgreiche Identifizierung von Arten unter verschiedenen ökologischen Gegebenheiten gewährleisten. Nicht zuletzt sollte diese Arbeit Invasionsökologen ermutigen, existierende Fernerkundungsprodukte häufiger zu verwenden, um großflächige Auswirkungen von invasiven Pflanzenarten auf Ökosysteme zu analysieren.