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Mit Satellitendaten und Methoden Maschinellen Lernens gelingt es, 15 Landnutzungsformen zu identifizieren und zu lokalisieren – vom Anbau verschiedener Nutzpflanzen wie Kaffee, Kakao und Kautschuk, über Weideland bis Bergbau. Das zeigt eine Studie in Nature Scientific Reports. Die hochauflösenden Karten können helfen, die fortschreitende Entwaldung in den Tropen einzudämmen. Das ist auch hilfreich zur Umsetzung einer neuen EU-Verordnung zum Nachweis „entwaldungsfreier Lieferketten“.
Zusammenfassung
Die bewaldeten Flächen Afrikas – schätzungsweise 14 Prozent der globalen Waldflächen – gehen immer weiter und immer schneller zurück – hauptsächlich, weil die Menschen eingreifen und das Land für wirtschaftliche Zwecke anders nutzen. Da die natürlichen Wälder wichtige CO2-Speicher und Lebensräume sind, hat diese Entwicklung erhebliche Auswirkungen auf den Klimawandel und die Unversehrtheit der Natur. Um nachvollziehen zu können, wo und warum Umwandlungen von Wald stattfinden und im Sinne von Klimaschutz und Biodiversität gezielt steuernd eingreifen zu können, fehlt es bislang an ausreichend guten Daten und einer detaillierten Kenntnis über die diversen Nachnutzungsformen der entwaldeten Flächen. Dies liefert nun eine neue Studie von Forschenden um Robert N. Masolele und Johannes Reiche von der Wageningen University in den Niederlanden und Martin Herold vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam, die im Fachmagazin Nature Scientific Reports erschienen ist.
Sie nutzten hochauflösende Satellitendaten, die sie auf Basis von lokalen Referenzdaten für 15 verschiedene Landnutzungsarten – von Nutzpflanzen wie Kaffee, Cashew und Kautschuk über Weideland bis zu Bergbau – mithilfe von Deep-Learning-Methoden auswerteten. Auf diese Weise konnten sie die erste hochauflösende (auf fünf Meter genaue) und kontinentale Kartierung der Landnutzung nach Entwaldung über einen weiten Bereich des Afrikanischen Kontinents erstellen. Damit schaffen sie eine verbesserte Grundlage für die strategische Planung und Umsetzung von Maßnahmen zur Eindämmung der Entwaldung – sowohl durch Regierungen und Waldschutzbehörden in Afrika als auch in der EU, wo es eine neue Verordnung zum Nachweis „entwaldungsfreier Lieferketten“ für Produkte aus bestimmten Rohstoffen gibt.
Hintergrund: Afrikas bedrohte Wälder und eine EU-Verordnung zur Bekämpfung der Entwaldung
In den letzten zwei Jahrzehnten hat Afrika einen raschen Rückgang von Waldflächen und Baumbestand zu verzeichnen. Wie sich die Landnutzung nach der Entwaldung entwickelt, hat erhebliche Auswirkungen auf die Waldbiomasse, die biologische Vielfalt und den Wasserkreislauf. Diese Veränderungen können je nach Ort, Intensität und räumlicher Ausdehnung des Waldverlustes unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Das Verständnis über das räumlich-zeitliche Ausmaß und die Motive von Entwaldung in Afrika sind von entscheidender Bedeutung, um ihren Beitrag zu den Treibhausgasemissionen und die negativen Auswirkungen auf das Waldökosystem zu verstehen und einzudämmen.
Zur Eindämmung der Waldverluste will auch die EU einen wichtigen Beitrag leisten. Mit der „Verordnung der Europäischen Union zur Bekämpfung der Entwaldung“ (EUDR) soll sichergestellt werden, dass Produkte, die auf dem EU-Markt in Verkehr gebracht werden, ohne Entwaldung hergestellt wurden, sodass die Wälder der Welt für künftige Generationen geschützt werden. Darüber hinaus fördert sie die Transparenz und Rückverfolgbarkeit in den Lieferketten und erleichtert es den Verbraucher:innen, bewusste Kaufentscheidungen zu treffen.
Bisherige Datenbasis unzureichend
Obwohl es in gewissem Umfang nationale und regionale Statistiken gibt, die die Trends des Waldverlustes dokumentieren, fehlt es bislang an konsistenten, detaillierten und räumlich expliziten Schätzungen und Kartierungen der für den Waldverlust verantwortlichen Faktoren. Verfügbare Angaben beruhen oft nur auf Stichproben zu einzelnen Zeitpunkten, sind nicht in ausreichender räumlich-zeitlicher Auflösung sowie thematischer Gliederung verfügbar und umfassten bisher nur Trockenwälder. Interpretationen beruhen oft auf visueller Inspektion von Satellitenbildern und auf der historischen Erwartung, dass verschiedene Formen der Subsistenzlandwirtschaft fortbestehen und dass bestimmte Landnutzungen auf bestimmte geografische Standorte beschränkt sind. Hierdurch wird die Vielfalt der tatsächlichen Ursachen für den Waldverlust übersehen.
Umfassender Ansatz der Kartierung mit hochauflösenden Satellitendaten
In einer umfangreichen Studie haben Forschende um Robert N. Masolele, Post-Doc-Wissenschaftler an der Wageningen University in den Niederlanden, und Martin Herold, Leiter der Sektion 1.4 „Fernerkundung und Geoinformatik“ am Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und Professor an der Universität Potsdam, nun die komplexen Muster der Landnutzung entschlüsselt, die nach der Entwaldung in den vielfältigen Landschaften Afrikas entstehen. Sie präsentieren die erste flächendeckende Karte der Landnutzung nach Entwaldung in Afrika, die den Waldverlust von 2001 bis 2020 abdeckt. Die Karte ist mit einer räumlichen Auflösung von fünf Metern und 15 Landnutzungsklassen verfügbar: von Nutzpflanzen wie Kakao, Cashew, Ölpalme, Kautschuk, Kaffee und Tee bis hin zu Bergbau, Straßen, Siedlungen, Weideland, kleiner und größerer Landwirtschaft sowie Plantagenwald und sonstiges Land mit Baumbewuchs.
Die Forschenden stützten sich einerseits auf die hochauflösenden Planet-NICFI-Satellitendaten, die von der „Norway‘s International Climate & Forests Initiative“ (NICFI) zur Verfügung gestellt werden. Dementsprechend wurde die Studie auf dem afrikanischen Kontinent zwischen 30 Grad nördlicher Breite und 30 Grad südlicher Breite durchgeführt und umfasst Länder im westlichen, zentralen, östlichen und südlichen Afrika. Die Region ist sowohl durch Feuchtwälder als auch durch Trockenwälder gekennzeichnet.
Zum anderen nutzten sie Referenzdaten aus verschiedenen Publikationen, die zum Teil über Crowd-Sourcing mit Hilfe von Citizen Science gewonnen wurden oder aus anderen Fernerkundungskampagnen und offenen Datenquellen stammen.
„Das Besondere an dieser Studie ist der innovative Einsatz von hochauflösenden Satellitenbildern und regionalem Wissen in Kombination mit maschinellen Lernalgorithmen und aktivem Lernen. Das ermöglichte es uns, die Landnutzung nach der Entwaldung genau zu identifizieren, in einem bisher nie dagewesenen Umfang und Detailgrad zu kartieren und den Trend und die Hotspots der Landnutzungsumwandlung in verschiedenen Ländern und Regionen Afrikas zu bewerten“, erläutert Robert N. Masolele, Erstautor der Studie.
Die wichtigsten Ergebnisse hinsichtlich der Landnutzung
Dabei offenbart sich ein komplexes Geflecht von Landnutzungen, die nach Entwaldungsereignissen entstehen. Die Studie zeigt, dass die Ursachen für den Waldverlust je nach Region unterschiedlich sind. Im Allgemeinen ist der Ackerbau in kleinem Maßstab der Hauptgrund für den Waldverlust in Afrika, mit Hotspots in Madagaskar und der Demokratischen Republik Kongo. Darüber hinaus sind Nutzpflanzen wie Kakao, Ölpalmen und Kautschuk Hauptursachen für den Waldverlust in den Feuchtwäldern West- und Zentralafrikas und bilden einen „Bogen der Nutzpflanzenexpansion“ in dieser Region. Gleichzeitig dominieren die Hotspots für Cashew zunehmend die Trockenwälder im westlichen und südöstlichen Afrika, während größere Hotspots für großflächige Anbauflächen in Nigeria und Sambia gefunden wurden. Die zunehmende Ausdehnung von Kakao-, Cashew-, Ölpalm-, Kautschuk- und großflächigen Anbauflächen in den Feucht- und Trockenwäldern West- und Südostafrikas deutet darauf hin, dass diese Gebiete anfällig für künftige Landnutzungsänderungen durch Rohstoffpflanzen sind.
Einordnung und Ausblick
Obwohl die Kartierung sehr umfangreich ist, räumt die Studie ein, dass es schwierig ist, bestimmte Formen der Landnutzung mit hoher Genauigkeit zu klassifizieren. Faktoren wie Wolkenbedeckung und jahreszeitliche Schwankungen stellen Einschränkungen dar, die die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Verfeinerung und Validierung unterstreichen.
„Die Studie liefert einen entscheidenden Beitrag zu unserem Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen menschlichem Wirtschaften Aktivitäten und der Umwelt. Ihre besondere Bedeutung liegt darin, dass sie Menschen in politischen Entscheidungsfunktionen, im Naturschutz und in der Wissenschaft ein detailliertes Verständnis für die unterschiedlichen Entwicklungen vermittelt, die Land in weiten Teilen Afrikas nach der Entwaldung durchläuft. Dieses Wissen ist von entscheidender Bedeutung für die Ausarbeitung gezielter Schutzstrategien, die Verwirklichung der Ziele für nachhaltige Entwicklung und die Minderung der Umweltauswirkungen der Entwaldung auf dem gesamten afrikanischen Kontinent“, betont Koautor Martin Herold. „Auch wir in Europa werden davon profitieren, denn die neue EU-Verordnung für entwaldungsfreie Produkte fordern für bestimmte Rohstoffe wie Kaffee, Kakao und Kautschuk den Nachweis entwaldungsfreier Lieferketten.“
Insgesamt zeigt diese neue Studie das große Potenzial der Nutzung hochauflösender Satellitendaten in Kombination mit künstlicher Intelligenz und regionalem Wissen, um Informationen für verschiedene Interessengruppen bereitzustellen und die Transparenz bei der Verfolgung kritischer waldbezogener Landnutzungsänderungen in tropischen Wäldern zu verbessern.
Prof. Dr. Martin Herold
Leitung Sektion 1.4 Fernerkundung und Geoinformatik
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 6264-1190
E-Mail: martin.herold@gfz-potsdam.de
Masolele, R.N., Marcos, D., De Sy, V., Abo, I.-O., Verbesselt, J., Reiche, J., Herold, M., Mapping the diversity of land uses following deforestation across Africa. Sci Rep 14, 1681 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41598-024-52138-9
https://robertnag82.users.earthengine.app/view/africalu Die GEE-App mit Daten – Direct Drivers of Deforestation in Africa Explorer - zum selbst Erkunden
Ausschnitt der Weltkarte mit Fokus auf Afrika. Viele bunte Punkte markieren Ort und Art der verschie ...
Screenshot Herold
https://robertnag82.users.earthengine.app/view/africalu
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Lehrer/Schüler, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler, jedermann
Geowissenschaften, Meer / Klima, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
Ausschnitt der Weltkarte mit Fokus auf Afrika. Viele bunte Punkte markieren Ort und Art der verschie ...
Screenshot Herold
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