Künstliche Intelligenz

Karten zeigen, was Bauern wo anbauen

Forscher haben aus Satellitendaten erstmals deutschlandweite Karten zur landwirtschaftlichen Flächennutzung über mehrere Jahre erstellt. Die Qualität/Aussagekraft ist aber noch verbesserungswürdig.

Gab es bislang zum landwirtschaftlichen Anbau nur Statistiken, so zeigen nun wöchentlich wiederkehrende Satelliten, was wann und wo auf den Feldern stand. Die Datengrundlage dient nun für eine flächenscharfe Landnutzungskarte.

Forschende des Thünen-Instituts, der Humboldt-Universität zu Berlin und des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V. haben ihre Expertise zusammengebracht und erstmals Karten zur landwirtschaftlichen Flächennutzung für die Jahre 2017, 2018 und 2019 aus Fernerkundungsdaten erstellt.

Für die Kartenerstellung nutzten die Wissenschaftler Verfahren des maschinellen Lernens, verfügbare Informationen zur bisherigen Flächennutzung der Landwirte und Daten der US-amerikanischen Satellitenmission Landsat 8 sowie des Copernicus-Programms der europäischen Weltraumbehörde (ESA), deren Satelliten seit 2016 die Erde umkreisen. Um regionale Besonderheiten sowie saisonale und jahresbedingte Schwankungen zu berücksichtigen, wurden weiterhin Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes sowie das deutschlandweite Höhenmodell und das Digitale Landschaftsmodell des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG) einbezogen.

Kulturarten und Landschaftselemente kleinräumig erfasst

Die Karten unterscheiden die dominierenden Kulturarten und Hauptnutzungsarten im Ackerland, also alle Hauptgetreidearten, Hackfrüchte, Gemüse, Dauerkulturen und Hülsenfrüchte. Darüber hinaus werden auch relevante Landschaftselemente in der Agrarlandschaft, wie beispielsweise Gehölzstrukturen, erfasst. Die Agrarlandschaft Deutschlands wird somit erstmals flächendeckend in einem Raster von 10 m x 10 m Gitterweite abgebildet.

Im ersten Test zeigen sich aber einige Schwächen: Die Feldfrüchte werden nicht immer korrekt erkannt, z.B. wird Mais teilweise als Grünland dargestellt. Zudem ist der Vergrößerungsgrad noch recht gering. Man kann also nicht auf seinen eigenen Betrieb zoomen, um sich feldgrenzengenau den Anbau anzuschauen. Sorge vor Ausspähung durch die Landwirtschaftsämter muss daher (noch) niemand haben.

Dass noch Verbesserungsbedarf besteht, sieht auch Prof. Dr. Patrick Hostert von der Humboldt-Universität zu Berlin. So lassen sich Kulturarten wie Raps oder Zuckerrüben sehr gut differenzieren. Arten hingegen, die sich im Verlauf der Wachstumsphasen oder in ihrem Aussehen sehr ähneln (z. B. Winterweizen und Triticale) oder die sich allein bezüglich Ihrer Nutzungsart unterscheiden (z. B. Silomais und Körnermais), sind noch nicht hinreichend genau kartierbar.

Weiteren Forschungsbedarf sieht das Konsortium auch an Sonderstandorten, zum Beispiel in regelmäßig überfluteten Gebieten. Ungeachtet dessen sind die Karten ein Meilenstein in der Entwicklung von flächendeckenden Informationen zur landwirtschaftlichen Nutzung. Aufbauend auf der Kooperation plant das Thünen-Institut, die Karten fortlaufend zu verbessern und die Erstellung in einem jährlichen Turnus zu verstetigen.

Auf Nachfrage von top agrar online erklärt Prof. Dr. Claas Nendel vom ZALF: "Eine Auflösung von 10 m ist die höchste Auflösung, die die Satelliten des COPERNICUS-Programms haben. Dies reicht nicht, um Feldgrenzen in kleinsten Detail nachzuvollziehen, durchaus aber, um Felder zweifelsfrei zu identifizieren. Es wird sicher irgendwann der Tag kommen, an dem Behörden für Subventions- und Prämienvergabe die vor-Ort-Kontrolle durch Satelliten-Kontrolle ersetzen wollen. Das liegt allerdings noch in weiter Ferne. Ein Grund dafür ist, dass die Erkennung der Ackerkulturen eben nicht fehlerfrei funktioniert, wie sie bereits festgestellt haben. Ein Aufschrei ist eigentlich nicht angebracht. Man darf in der Diskussion nicht vergessen, dass auch schon jetzt die Angaben der Landwirte in Prämierungsprozessen vor Ort überprüft werden. Daran wird sich nichts ändern.

Biologische Vielfalt ablesbar

„Dass diese Karten kein Selbstzweck sind, zeigen die vielfältigen Einsatzfelder für andere laufende Projekte“, sagt Dr. Stefan Erasmi, Leiter der Thünen-Fernerkundung. Neben der Ergänzung und Verfeinerung der Agrarstatistik liefern sie eine Grundlage für die Monitoring-Aktivitäten auf nationaler Ebene, zum Beispiel bei der Bewertung der biologischen Vielfalt, der Maßnahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik der EU (GAP) und der Veränderung der Landnutzung als Faktor für die Treibhausgas-Berichterstattung. „Die Karten sind darüber hinaus wesentliche Eingangsparameter für Simulationen von landwirtschaftlichen Erträgen und Ökosystemleistungen”, erläutert Prof. Dr. Claas Nendel vom ZALF.

Insgesamt liegt damit ein umfassender Kartensatz für Politik, Behörden, Organisationen und Verbände sowie Forschung und Bildung im Bereich Landwirtschaft und Umwelt vor. Und auch denjenigen, die selbst Landwirtschaft betreiben oder die Vielfalt der Agrarlandschaft in Deutschland entdecken möchten, geben die Karten interessante Einblicke.

Eine erste Version der interaktiven Karten von 2017 bis 2019 gibt es unter https://ows.geo.hu-berlin.de/webviewer/landwirtschaft/index.html.