Plant Sciences
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Plant Sciences Satellitenfernerkundung Jonas Konsek Klima- und Umweltwissenschaften 10.05.2013 Gliederung - Einführung Blattstruktur Spektrale Eigenschaften von Blättern Forst- und Landwirtschaft Phänologie Pflanzenpathologie Zusammenfassung Einführung Fernerkundung als Mittel zur Erkundung der Vegetation: - Forst: Holzvolumenberechnung, Insektenbefall - Landwirtschaft: Anbauflächenüberwachung, Erntevorhersage - Pflanzenkrankheiten und Insektenbefall - Kartierung und Überwachung von Veränderungen wichtiger ökologischer Regionen (z.B. tropische Wälder) Einführung Vegetationsklassifizierung: - nach Pflanzengemeinschaft und Einzelpflanze nach Hierarchie nach äußeren Erscheinungsbild ökologische Zone Einführung Pflanzengemeinschaft und Einzelpflanzen: Pf Pflanzengemeinschaft z.B. Eichenwald Einzelpflanzen Bäume, Sträucher, Kräuter Einführung Hierarchie: - Eingeführt von Carolus Linnaeus (1707-1778) - Schwedischer Botaniker Beispiel Zuckerahorn: Einführung äußeres Erscheinungsbild: Holzige Pflanzen strauchige Pflanzen Gräser, Stauden, Flechten, Moos spezielle Lebensformen Einführung Biophysikalische Messungen: - Vegetationsanteil (vegetation fraction, VF) = Prozentsatz der Vegetation, die ein Pixel einnehmen - Blattflächenindex (leaf area index, LAI) = Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Blattoberfläche und der Oberfläche eines Pixels (dimensionsloser Wert zw. 0 und 1) - Nettoprimärproduktion (NPP) = Maß für die Produktivität eines Gebietes oder eines Ökosystems (organisches Material, das Photosynthese betreiben kann) Blattstruktur Blattquerschnitt: Kutikula Obere Epidermis Palisadenschicht Schwammgewebe Untere Epidermis Stomata und Schließzellen Blattstruktur Palisadengewebe: - Enthält Chloroplast (Photosynthese) Schwammgewebe: - Mesophyllgewebe: O2 und CO2 tauschen sich aus Spektrale Eigenschaften von Blättern Absorbtionsverhalten eines Blattes: Blatt absorbiert blaue + rote Wellenlängen und reflektiert grüne + Nahinfrarote Wellenlängen Spektrale Eigenschaften von Blättern Sichtbare + Infrarotstrahlung: rote + blaue Strahlung absorbiert, grüne S. reflektiert infrarote Strahlung zu ca. 60% reflektiert, Rest wird transmittiert -> spektrales Verhalten eines Blattes ändert sich bei Krankheit Spektrale Eigenschaften von Blättern Gras Laubwald Nadelwald - Stärkste Reflektion im IR-Bereich - Große Unterschiede in den Vegetationsklassen - im sichtbaren Bereich oft nur geringe Unterschiede Spektrale Eigenschaften von Blättern Reflektive Unterschiede zw. einzelnem Blatt und dem Blattbestand einer Pflanze: - Obere Blattschicht schattet untere Blätter ab - Reflektivität wird verringert - Einzelblatt: Sichtbar: 10%, Nah-IR: 50% - Pflanze: Sichtbar: 3-5%, Nah-IR: 35% Spektrale Eigenschaften von Blättern Rotverschiebung: - bei Nah-IR steigt ref. Strahlung um vielfaches - „red shift“ als Indiez zur Pflanzenart- und -altererkennung z.B.: Weizen und Luzern (Ewiger Klee) Forst- und Landwirtschaft Baumerkennung durch Kronendurchmesser und Schatten Baumgröße und –form ergeben individuellen Schatten, Dichte der Äste beeinflussen Schatten Forst- und Landwirtschaft Kronenschluss lässt Bestandsschätzung zu: - wird anteilig zur Gesamtfläche angegeben, entspricht Baumdichte in einem Gebiet - wird in Prozent (60%) oder in Dezimalform (0.6) angegeben Forst- und Landwirtschaft Schätzung von Holzvolumen: Zwei Basiselemente bei der Volumenschätzung: - Baumdurchmesser auf Brusthöhe (dbh- diameter at breast height) - Höhe des geraden Anteils des Stammes (bole) Mithilfe einer Tabelle kann direkt von der Luftaufnahme ein Volumenbestand geschätzt werden Forst- und Landwirtschaft Kulturpflanzenkalender: - Enthält den Zyklus aller Kulturpflanzen die angebaut werden - Abhängig vom Klima und lokalen Praktiken - Variiert je nach Pflanze bei der Vorarbeit (Pflügen), Aussaat und Ernte -> große Hilfe bei der Auswertung von Luft- und Satellitenbildern (Agrarland) -> Pflanzenbestimmung je nach Keimstand Forst- und Landwirtschaft Beispiel: Winterweizen Pflügen + Aussaat Keimruhe Ernte Forst- und Landwirtschaft Pflanzenerkennung: S = Hirse W = Weizen C = Mais F = braches Feld Phänologie ist die Lehre vom jahreszeitlichen Ablauf der Lebenserscheinungen phänologische Änderungen sind gut zu detektieren: - Pflanzenwachstum ändert sich im Jahreszyklus - damit auch spektrales Verhalten - chemische, physikalische und biologische Einflüsse Phänologie - über die Jahre kann die Ausbreitung einer Pflanze nachvollzogen werden - Ausbreitung der Jahreszeiten kann beobachtet werden - „green wave“ - Frühling von Süd nach Nord, von niedrige in höhere Ebenen - „brown wave“ - Herbst Pflanzenpathologie Ist die Lehre von den Pflanzenkrankheiten und ihrem Auftreten Ziele: - Effekte von Pathogenen bekämpfen (Bakterien, Viren, Pilze, …) - Neuentwicklung von Pestiziden - Verbreitung von Krankheiten verlangsamen bzw. stoppen Pflanzenpathologie Beispiele: Irische Kartoffel-Hungersnot zw. 1846-1850 - ca. 1 Million Iren gestorben - Auswanderungswelle u.a. in die USA Kastanien-Braunfäule (USA) - zahlreiche Bäume wurden zerstört - Ökologie von ganzen Regionen hat sich geändert - ¼ des Appalachenwaldes existiert nicht mehr Pflanzenpathologie - Ausbreitung der Pathogene durch Wind, Wasser, Erde und biologische Transmission durch Insekten, Tiere und Menschen Fernerkundung als hilfreiches Mittel ermittelt: - Befallene Gebiete und dessen Ausbreitung - Gebiete, die Anfällig für Pathogene sind - Blütenstand (Wann muss gespritzt werden?) Zusammenfassung Fernerkundung als nützliches Hilfsmittel: - in Forst- und Landwirtschaft - Als Prognose- und Prefentionsinstrument FE zeigt auch Ausmaß der Umweltzerstörung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
