Pflanzen machen mehr als nur die Welt grüner: Sie halten Böden fruchtbar, speichern Kohlenstoff und liefern Nahrung für Tiere und Menschen. Doch dafür müssen sie gesund sein. Bisher war es schwierig, Pflanzengesundheit umfassend zu ermitteln: Regionale Messungen und punktuelle Proben liefern zwar wertvolle Informationen, erlauben aber nur eingeschränkte Rückschlüsse. Ein verlässlicher, weltweit einsetzbarer Indikator für die Vitalität von Pflanzen hingegen würde nicht nur die ökologische Forschung voranbringen, sondern auch Planungen in Landwirtschaft, Naturschutz und Klimaanpassung erheblich erleichtern.
Globale Pflanzen im Blick
Um einen verlässlichen Überblick über die globale Pflanzengesundheit zu erhalten, haben Forschende um Dong Li von der Technischen Universität München nun ein neues Verfahren entwickelt. Es nutzt Aufnahmen des europäischen Erdbeobachtungssatelliten Sentinel-3, um den Chlorophyllgehalt der obersten Pflanzenschicht zu schätzen – ein zentraler Indikator für die Gesundheit der Pflanzen, da Chlorophyll für die Photosynthese unerlässlich ist. Die physikalisch modellierten Chlorophyllschätzungen dienen anschließend als Trainingsdaten für ein KI-Modell, das in der Lage ist, den Chlorophyllgehalt auch unter schwierigen Bedingungen wie teilweiser Bewölkung zuverlässig abzuschätzen.
Das Ergebnis ist ein Index, der die globale Pflanzengesundheit nahezu im Wochentakt abbildet und damit dynamische Veränderungen in natürlichen und landwirtschaftlichen Ökosystemen sichtbar macht. „Wir können beobachten, wie die Pflanzen auf unterschiedliche Bedingungen reagieren, beispielsweise auf Schwankungen aufgrund des Klimawandels“, erklärt Seniorautor Kang Yu. Die Forschenden können so zum Beispiel verfolgen, wie Vegetation auf Trockenperioden, Stürme oder Überschwemmungen reagiert.
Vom Satelliten aufs Feld
Auch Landwirte könnten langfristig von dem neuen Verfahren profitieren, denn es lässt sich auch nutzen, um indirekt den Stickstoffgehalt von Nutzpflanzen zu ermitteln. „Die rechtzeitige Erfassung des Stickstoffstatus von Nutzpflanzen ist für die landwirtschaftliche Bewirtschaftung hilfreich, da sie dazu beiträgt, den Ernteertrag zu steigern und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren“, schreiben Li und seine Kollegen. Bevor Landwirte und Naturschutzbehörden die neue Methode aber flächendeckend nutzen können, sind noch weitere Tests und Anpassungen notwendig. Künftig könnte sich die Vitalität von Pflanzen dann jedoch routinemäßig aus dem All beobachten lassen.
