Die Potentiale der Copernicus Sentinel-2 Daten für Landwirtschaft und Landmanagement in Flussgebieten werden unter den Aspekten des Agrarstrukturwandels und der Kulturlandschaftsentwicklung erkundet.
Allgemein besteht in der Raumplanung und -Nutzung die Herausforderung, negative Entwicklungen frühzeitig zu erkennen und durch proaktive Prozesse die unterschiedlichsten Interessen und Ansprüche an die Landschaft zu harmonisieren. Hierbei gilt es, die soziale, ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit der unterschiedlichsten Nutzungsansprüche zu ermöglichen.
Die Präsentation versucht eine erste Annäherung an die bestehenden Herausforderungen und beschränkt sich auf Einzelaspekte , wie z.B. den erkennbaren Trend zur Vergrößerung der Bewirtschaftungseinheiten.
Es werden zufälligen ausgewählten Beispiele in einem kleinen Wassereinzugsgebiet - der Gersprenz in Hessen - zur Diskussion gestellt.
Agrarstrukturwandel und Kulturlandschaftsentwicklung - Fernerkundung im Einzugsgebiet der Gersprenz.pdf
1. matthias wiegand
Sentinel-2 Copernicus Satellitendaten
Mehrwert für Landwirtschaft und
Landmanagement in Flussgebieten ?
Fortsetzung der Betrachtungen
im Einzugsgebiet der Gersprenz
Dezember 2021,
Ergänzung Mai 2022
Aspekt: Kulturlandschaftsentwicklung
2. Die Potentiale der Copernicus Sentinel-2 Daten für Landwirtschaft und Landmanagement in Flussgebieten wurden schon in vielschichtigen
Betrachtungen und Applikationen erkundet, auch im Einzugsgebiet der Gersprenz.
Ein Anwendungsbeispiel war das Monitoring des Zwischenfruchtanbaus mit Hilfe von Sentinel-2 Daten.
Nachfolgend erfolgt nun eine Annäherung an Herausforderungen des Agrarstrukturwandels und dessen Einfluss auf die
Um auch diesbezüglich die FE-Potentiale zu erkunden, erfolgt nun eine erste Standortbetrachtung an zufällig ausgewählten Bereichen im
Einzugsgebiet der Gersprenz.
Ergänzend zur ursprünglichen Präsentation wurde ein Beispiel des Contour-Farming in Virginia eingebunden, das verdeutlichen soll, welche
Lernschleifen und Zeithorizonte bei Entwicklungs- und Veränderungsprozessen zu berücksichtigen sind.
Kulturlandschaften werden auch durch die Energieversorgung und deren Veränderungsprozesse beeinflusst.
Der Anbau von Energiepflanzen und die Erschließung der Wind- und Solarpotentiale im Gersprenzgebiet werden in dieser Präsentation noch
nicht berücksichtigt.
Struktur-, Klimawandel und die vorhandenen Beeinträchtigungen des Wasser- und Stoffhaushaltes erfordern generell die weitere Erkundung
innovativer, ressourcenschonender Bewirtschaftungsstrategien.
Es erfolgt daher auch schon in dieser Präsentation der Hinweis auf die Potentiale einer proaktiven Kulturlandschaftsentwicklung unter
Einbindung der Agri-Photovoltaik.
Sicherungs-, Entwicklungs- und Veränderungsprozesse in der Kulturlandschaft erfordern die Zusammenarbeit und den Interessensausgleich
unterschiedlichster Sektoren, vielfältige Werkzeuge werden hierzu schon genutzt; die Copernicus Daten erweitern die Instrumente für Analyse,
Planung und Kommunikation.
Mit freundlichen Grüßen
Matthias Wiegand
Kulturlandschaftsentwicklung .
Kulturlandschaftsentwicklung
3. 1952-1967
Der landwirtschaftliche Strukturwandel hat auch Einfluss auf Erträge, Einkommen, Kulturlandschaft und
Biodiversität.*
Nachhaltiger Strukturwandel und Landschaftsentwicklung sollten aktiv gestaltet werden.
Bewirtschaftungseinheiten, Fruchtfolgen und landwirtschaftliche Praxis müssen sowohl den
ökologischen und sozialen als auch den ökonomischen Erfordernissen der Nachhaltigkeit entsprechen.
2021 20??
Kulturlandschaftsentwicklung
* vgl. Nachhaltigkeitsbewertung landwirtschaftlicher Systeme. https://www.tab-beim-bundestag.de/de/pdf/publikationen/berichte/TAB-Arbeitsbericht-ab188.pdf
https://www.tab-beim-bundestag.de/news-2021-06-nachhaltigkeitsbewertung-landwirtschaftlicher-systeme.php
4. Der Strukturwandel ist fortschreitend.
Die durchschnittliche Betriebsgröße in
Hessen hat sich in den letzten 20 Jahren fast
verdoppelt.
(1999: ca. 26 ha LF; 2020: ca. 51 ha LF)
Die Zahl der landwirtschaftlichen Betriebe
nimmt weiterhin ab.
Kulturlandschaftsentwicklung
2020, 15.1 *
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
Landwirtschaftliche Betriebe in Hessen 1949 bis 2020
in 1000
* https://statistik.hessen.de/pressemitteilungen/pm-3-2021-ergebnisse-der-landwirtschaftszaehlung-2020
5. 1952-1967 2021 2070
Kulturlandschaftsentwicklung
?
ca. 40 ha
Eine Folge des Strukturwandels ist die stetig wachsende spezifische Größe der Bewirtschaftungseinheiten.
Auch im EZ Gersprenz bestehen vereinzelt Bewirtschaftungseinheiten, die noch vor 20-30 Jahren einer
durchschnittlichen Betriebsgröße entsprachen. Beispiel:
Bildquelle: https://natureg.hessen.de; Google Earth, earth.google.com/web/
6. Kulturlandschaftsentwicklung
Eine multitemporale NDVI Clusteranalyse von Sentinel-2 Daten zeigt, dass das Beispielgebiet (ca. 40 ha)
im Zeitraum 2019 – 2021 noch in drei Bewirtschaftungseinheiten unterteilt war (Cluster 13, 16, 95).
ca. 41 ha
cl 13
cl 16
cl 95
7. Kulturlandschaftsentwicklung
Für die vermutlich einheitliche Hauptkultur im Jahr 2021 deuten sich im Beispielgebiet
nur noch zwei Bearbeitungseinheiten an.
Bezüglich der Zwischenfrucht im Herbst 2021 ist keine Unterteilung der 40 ha erkennbar.
Google Earth, 07/03/2021
Im Frühjahr 2021 lassen sich im Beispielgebiet nur zwei
Bearbeitungseinheiten ableiten (dargestellt: Grenze cl 16 / cl 13).
Cluster 13 und 95 wurden 2021 scheinbar als eine Einheit
bewirtschaftet.
Sentinel- 2
RGB, 01/10/2021
Starke Inhomogenitäten
beim Auflaufen der
Zwischenfrucht.
02/12/2021
Einheitliche Zwischenfrucht,
gut entwickelt, auf ca. 40 ha
8. Kulturlandschaftsentwicklung
Eine Clusterung von zehn NDVI Raster des Jahres 2021
verdeutlicht zum einen die einheitliche Bewirtschaftung der
40 ha im Jahr 2021, zum anderen werden auch hier die
Inhomogenitäten innerhalb der Bewirtschaftungseinheit
deutlich.
Sentinel-2
NDVI Clusterung 2021
Datenbasis: 10 NDVI Raster
Feb. 2021 – Dez. 2021
10. Kulturlandschaftsentwicklung
Grünland und Gehölze erfüllen vielfältige und
ökologisch hochwertige Funktionen.
Als Strukturelemente in Agrarlandschaften
bereichern sie die Lebensräume und bilden
wichtige Refugien.
Für das EZ Gersprenz wurden 26 Sentinel-2
NDVI Raster (Zeitraum Juni 2019 – Juli 2021) einer
Clusterung unterzogen (100 Cluster) und auf
Grundlage ihrer jahreszeitlichen Dynamik
gruppiert, u.a. in ‚Typ Gehölze‘ und ‚Typ
Grünland‘.
Sentinel- 2, NDVI
Cluster-Analyse 2019-2021
Einzelcluster, die der Gruppe
‚Gehölze‘ zugeordnet wurden.
Cluster-Gruppe ‚Grünland‘
Cluster-Gruppe ‚Gehölze‘
matthias
wiegand
11. Kulturlandschaftsentwicklung
Sentinel- 2, NDVI
Cluster-Analyse 2019-2021
Entfernung zu
‚Gehölzen oder Grünland‘
EZ Gersprenz
Entfernungen zu ‚Gehölzen‘ oder ‚Grünland‘
Basierend auf der multitemporalen NDVI Clusterung
wurden die Entfernungen zu der Klasse ‚Gehölze oder
Grünland‘ ermittelt.
Große Entfernungen > 200-300 m sind vorwiegend in
den Ackerbaugebieten des Reinheimer Hügellandes
und im Dieburger Becken anzutreffen und geben
Hinweise auf Bereiche, in denen die Etablierung bzw.
Sicherung bereichernder Strukturelemente
anzustreben ist.
12. Kulturlandschaftsentwicklung
Strukturelle Defizite
Auch für die Beispielgebiete
lassen sich, basierend auf der
Sentinel-2 gestützten
Entfernungsanalyse, strukturelle
Defizite ableiten.
Sensorbedingte Limitationen der Bodenauflösung
(ca. 10 m) führen dazu, dass nicht alle Struktur-
elemente erkannt werden.
Bewachsene Feldwege, deren Breite z.T. nur ca. 3m
beträgt, werden kaum oder nur als Fragmente
detektiert.
16. Kulturlandschaftsentwicklung
Status quo
Anzahl der Bewirtschaftungseinheiten:
Für den rot markierten Bereich (ca. 26 ha)
können anhand der Clusteranalyse für
den Zeitraum 2019-2021
neun Bearbeitungseinheiten
differenziert werden.
Acht Bearbeitungseinheiten ‚Typ Winterung 2020_2021,
eine Einheit ‚Typ Sommerung 2021‘ .
Eine Erosionsfläche in Einheit Nr. 3 unterscheidet sich
bezüglich NDVI Verläufe signifikant vom Umfeld.
Sentinel- 2, NDVI
Cluster-Analyse 2019-2021
Cluster-Typ ‚Winterung 2020_2021‘
Google Earth, April 2021
Erosionsfläche
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Status quo erfassen, Leitbild definieren
17. Zukünftiges Leitbild - Allgemeine Zielsetzung:
Kulturlandschaftsentwicklung
Stärkerer
Berücksichtigung
der Standort-
Potentiale und
Gefahren
Sicherung und
Erweiterung der
Strukturvielfalt
Verbesserung der
Erosions- und
Ressourcen-
schutzmaßnahmen
Nachhaltige
Anpassung der
Technik an die
betrieblichen
Erfordernisse
Erprobung
innovativer
Bewirtschaftungs-
formen
Betriebsüber-
greifende
Planungen
Zukünftiges Leitbild - Allgemeine Zielsetzung:
19. Kulturlandschaftsentwicklung
Anregung: Optimierung der standortangepassten Bearbeitung
Die zunehmende
Verbreitung von
Fahrassistenten und
räumlichen
Planungsinstrumenten
auf den Schleppern und
Maschinen erleichtert
die technische
Umsetzung einer
standortangepassten
und auch ökonomisch
effizienten
Bewirtschaftung.
vgl.
Nilsson, R.S.; Zhou, K. Decision Support Tool for Operational Planning of Field Operations. Agronomy 2020, 10, 229. https://doi.org/10.3390/agronomy10020229
https://www.365farmnet.com
Anregung: Optimierung der standortangepassten Bearbeitung
20. Kulturlandschaftsentwicklung
Nachhaltige Anpassung der Technik an die betrieblichen Erfordernisse
Herausforderung:
Harmonisierung von
Bewirtschaftungseinheiten
und Technik.
Nachhaltige Anpassung der Technik an die betrieblichen Erfordernisse
21. Kulturlandschaftsentwicklung
Anregung: Erkundung innovativer Bearbeitungsstrategien
Die strukturelle Vielfalt im EZ Gersprenz sollte auch zukünftig erhalten und erweitert werden.
Reliefangepasste Streifenbewirtschaftung mit integriertem Erosions- und Biotopschutz
bereichert die Lebensräume und hat sich im Wasser- und Bodenschutz bewährt.
Anregung: Erkundung innovativer Bearbeitungsstrategien
22. Kulturlandschaftsentwicklung
Streifenbewirtschaftung mit integrierter Agri-Photovoltaik kann auch einen Beitrag zur Energiewende
leisten.
https://www.pv-magazine.com/2021/09/22/agrivoltaics-for-strip-farming/
Streifenbewirtschaftung mit integrierter Agri-Photovoltaik kann auch einen Beitrag zur Energiewende
leisten.
Next2Sun Solarpark Donaueschingen - Mahd Juli 2020
https://www.youtube.com/watch?v=JewDW4uzSw0
24. Kulturlandschaftsentwicklung
matthias wiegand
Dezember 2021
Daten des Copernicus
Programmes
ermöglichen die
Charakterisierung der
Landbedeckung und der
Fruchtfolgen sowohl auf
betrieblicher als auch
auf regionaler Ebene
Daten erlauben die
Ableitung eigener
Indikatoren, die
Gebietsanalysen
bereichern können
(Beispiel:
Entfernungsanalysen)
Kombination mit
anderen FE- und
terrestrischen Daten
erweitert die
Instrumente für Analyse
und Planung
Daten können
Gebietsmonitoring
unterstützten
(z.B. LCLUC,
Zwischenfruchtanbau,
Bewirtschaftungs-
einheiten)
Daten ermöglichen
multitemporale
Analysen und
verdeutlichen lokale
Trends
gezielte Intervention
Daten unterstützen
transparente
Kommunikation und
sachliche Darstellung
der Situation
Freie Copernicus Satellitendaten – Mehrwert für Landwirtschaft und Landmanagement in Flussgebieten ?
25. ANNEX:
Contour Strip Cropping System
Stuarts Draft, Virginia, USA
This virtual and simplified site analysis was motivated by ROBERT “BOBBY” WHITESCARVER‘s BLOG wherein he
mentioned challenges he experienced in Stuarts Draft as conservationist and agricultural advisor.
A Google Earth image time lapse 1998 – 2017 was then used to analyse the visible landscape transformations
over the course of time. The following are own interpretations and might include misassessments.
Sentinel-2 RGB imagery supplemented the Google Earth time series for the cropping season 2021.
Landscape Transformation
Matthias Wiegand
27. Landscape Transformation
Example: Stuarts Draft, Virginia, USA
1998
Under guidance from
USDA-advisors strip
farming practices were
implemented in the late
80’s and early 90’s.
42. 2000 2011 2021
Landscape Transformation
abandoning conservation farming practice
Learning cycles
Learning cycles
new conservation farming practices well
established
reintroduction and modification of
conservation farming practices
43. Landscape Transformation
consider the site
specific potentials
and susceptibility
secure and
improve
structural diversity
improve measures
to prevent erosion
and the
degradation of
natural resources
utilise sustainable
and applied
technology based
on the specific
needs of the farm
put innovative
conservation
farming systems
to the test
plan across farm
boundaries
matthias wiegand
44. matthias wiegand
Freie Copernicus Satellitendaten –
Mehrwert für Landwirtschaft und
Landmanagement in Flussgebieten ?
http://rural-space-bucket.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/#15/49.9366/8.8834
https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/wasser/Veranstaltungen/2019/6_Grundwassertag/Vortrag_8_Freie_Copernicus_Satellitendaten-
Mehraufwand_fuer_Landwirtschaft_Wiegand.pdf Dipl.-Ing. agr.
Umweltsicherung und Entwicklung ländlicher Räume
Geoinformatik
Angelstr. 5
D-64846 Gross – Zimmern
Phone: +49 6071 74 87 02
Email: wiegand-m@gmx.de | Skype: mawiegand
Beispiele des bisherigen Diskurses:
Betrachtungen
im Einzugsgebiet der Gersprenz
