EnviMetal - Vegetationsstress als Bio-Indikator von Bodenkontamination in Flussauen

Der deutsche Erdbeobachtungssatellit EnMAP, dessen Start 2018 geplant ist, ermöglicht auf Grund seiner hohen spektralen und temporalen Auflösung die Erschließung neuer Anwendungsgebiete und eine erhebliche Verbesserung der globalen Monitoringaufgaben. Dazu zählt unter anderem die Beurteilung des Zustandes terrestrischer und aquatischer Ökosysteme. In diesem Zusammenhang war in den letzten Jahren eine Zunahme von Hochwasserereignissen hinsichtlich deren Frequenz und Intensität in großen Teilen der Erde erkennbar. Aufgrund der häufig intensiven landwirtschaftlichen und industriellen Nutzung in vielen Flusseinzugsgebieten, sind die durch die Hochwässer mitgeführten Sedimentfrachten stark schadstoffbelastet. Dies kann zur Anreicherung von Schwermetallen in den Überflutungsbereichen führen.
In diesen Kontext ordnet sich das Ziel des Projektes EnviMetal, die flächenhafte Erfassung und Beurteilung des aktuellen Schwermetall-Belastungszustandes des Intensivuntersuchungsstandortes Elbe (TERENO) mit hyperspektralen Fernerkundungsdaten, ein. Die ökotoxikologischen Effekte der Schwermetalle werden aus den spektralen Eigenschaften der Böden und der Auenvegetation abgeleitet. In Anlehnung an die spezifische Ausrichtung des EnMAP Science Plans liegt der Fokus des Projektes auf die Entwicklung von hyperspektralen Indizes zur Nutzung der EnMAP-Daten als Bio-Indikatoren zur Detektion und Identifikation von Pflanzenstress. Dabei wird der Einsatz verschiedener etablierter und neu generierter Indizes getestet und es werden weitere Methoden, wie die Bestimmung der Red-Edge Position und die Normierung der spektralen Reflexionskurve der Auenvegetation, in der Prozesskette berücksichtigt. Da die Schadstoffakkumulation in hohem Maße von der Feinmorphologie der Aue abhängig ist, erfolgt eine Analyse der Oberflächenformen durch die Kopplung der optischen Fernerkundungsdaten an digitale Geländemodelle. Auch weitere pedologische und vegetationskundlich relevante Steuergrößen hinsichtlich der Belastungssituation in der Aue werden durch die synergetische Verwendung multisensoraler Daten abgeleitet. Durch den Projektpartner UFZ werden eigene hyperspektrale AISA-Daten aufgenommen und bereitgestellt. Zunächst wird die Übertragbarkeit der punkthaften Spektrometermessungen auf die AISA-Szenen zur quantitativen Detektion und zur weiträumigen Analyse belasteter bzw. kontaminierter Auenstandorte überprüft. Anschließend wird getestet, in wie weit eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf simulierte EnMAP-Daten möglich ist. Letztlich sollen flächendeckende Karten erzeugt werden, welche die Schwermetall-Belastungssituation von Auenstandorten der mittleren Elbe und Mulde in Sachsen-Anhalt aufzeigen.