Extreme Wetterereignisse und Dürreperioden stellen die europäische Landwirtschaft vor beispiellose Herausforderungen. Doch wie unterschiedlich reagieren unsere wichtigsten Nutzpflanzen auf anhaltenden Trockenstress?
Diese aktuelle Bachelorarbeit liefert eine tiefgehende, GIS-gestützte Analyse der ökologischen Resilienz von landwirtschaftlichen Systemen. Anhand der historischen Dürrejahre 2018 und 2022 wird die Vulnerabilität von einjährigen Ackerkulturen (Mais, Winterweizen) und mehrjährigem Dauergrünland in einem fundierten Ost-West-Vergleich zwischen Niedersachsen und Brandenburg untersucht.
Mithilfe innovativer Fernerkundungsmethoden, der Auswertung von MODIS-NDVI-Zeitreihen in der Google Earth Engine sowie Bodenfeuchtedaten (UFZ SMI) wird die Widerstandsfähigkeit (Resistance) und Erholungsfähigkeit (Recovery) der Vegetation quantifiziert. Die Arbeit zeigt detailliert auf, warum tiefwurzelndes Grünland trotz massiver Anfangsschäden eine erstaunliche Regenerationsfähigkeit besitzt, während Mais und Weizen intra-saisonal keine Erholung aufweisen.
Zusätzlich beleuchtet die Untersuchung die entscheidende Rolle von Bodenqualität (nFKWe) und hydrologischen Rahmenbedingungen (Legacy-Effekte) für zukünftige Anpassungsstrategien in der Landwirtschaft.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung – Landwirtschaft unter Trockenstress im Zeichen des globalen Wandels
1.1 Forschungsfragen und Aufbau der Arbeit
2 Stand der Forschung und theoretischer Hintergrund
2.1 Der NDVI als Dürreindikator in der Fernerkundung
2.2 Resistance und Recovery als Konzepte der ökologischen Resilienz
2.3 Unterschiede zwischen einjährigen und mehrjährigen Vegetationssystemen
2.4 Regionale Vulnerabilität und die Rolle von Bodenqualität und Bodenfeuchte
3 Material und Methoden
3.1 Untersuchungsgebiet
3.2 Datengrundlage
3.3 Methodisches Vorgehen in der Geodatenanalyse
3.3.1 Datenaufbereitung in Google Earth Engine und Ableitung der Resilienzmetriken
3.3.2 Anwendung in ArcGIS Pro
3.4 Statistische Auswertung: Inferenzstatistischer Gruppenvergleich und Korrelationsanalyse
3.5 Analytisches Vorgehen und Operationalisierung
4 Ergebnisse
4.1 Klimatischer und hydrologischer Kontext (Dürrejahre 2018 & 2022)
4.2 Resilienz einjähriger Kulturen im Ost-West-Vergleich
4.3 Resilienz und Recovery des permanenten Grünlands
4.4 Einfluss von Bodenqualität (nFKWe) und Dürreintensität (SMI)
5 Diskussion
5.1 Kulturartspezifische Resilienzmechanismen (Einjährig vs. Mehrjährig)
5.2 Strukturelle Verwundbarkeit versus zeitliches Dürre-Timing
5.3 Die räumliche Dürredynamik
5.4 Konsistenz zwischen 2018 und 2022
5.5 Methodische Reflexion und Limitationen
6 Fazit
6.1 Beantwortung der Forschungsfragen und Kernbefunde
6.2 Implikationen für die landwirtschaftliche Praxis und künftige Forschung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit quantifiziert fernerkundungsbasiert die landwirtschaftliche Dürrevulnerabilität in Deutschland durch einen Ost-West-Vergleich zwischen Niedersachsen und Brandenburg in den Dürrejahren 2018 und 2022. Zentral ist die Analyse der ökologischen Resilienz von einjährigen Ackerkulturen (Mais, Winterweizen) im Vergleich zu permanentem Grünland, aufgeschlüsselt in die Komponenten Resistance (Impact) und Recovery.
- Analyse der landwirtschaftlichen Dürre-Resilienz mittels MODIS NDVI-Zeitreihen.
- Vergleich der Dürrejahre 2018 und 2022 zwischen Niedersachsen und Brandenburg.
- Differenzierung zwischen einjährigen Kulturen und permanentem Grünland.
- Einfluss von Bodenqualität (nFKWe) und Bodenfeuchte (SMI) auf die Vegetationsreaktion.
- Methodische Verknüpfung von Fernerkundungsdaten mit agrarwissenschaftlichen Indikatoren.
Auszug aus dem Buch
2.2 Resistance und Recovery als Konzepte der ökologischen Resilienz
Die Begriffe Resistance, Recovery und Resilience bilden das konzeptionelle Fundament für die Quantifizierung ökologischer Reaktionen auf Störungsereignisse wie Dürren. Die theoretische Grundlage reicht zurück auf Holling (1973), der in seinem wegweisenden Beitrag die ökologische Resilienz als die Fähigkeit eines Systems definierte, Störungen zu absorbieren und dabei seine grundlegende Struktur und Funktion beizubehalten. Holling unterschied dabei zwischen Stabilität, verstanden als die Fähigkeit eines Systems, nach einer Störung in seinen Gleichgewichtszustand zurückzukehren, und Resilienz als die Fähigkeit, trotz Störungen fortzubestehen, auch wenn sich der Systemzustand verändert (Holling, 1973: 10). Diese Unterscheidung prägte die ökologische Forschung nachhaltig und führte zu einer Ausdifferenzierung des Resilienzbegriffs in verschiedene messbare Komponenten.
Die für die quantitative Vegetationsforschung maßgebliche Operationalisierung dieser Konzepte stammt von Lloret, Keeling und Sala (2011), die im Rahmen einer Studie an Ponderosa-Kiefern in den Rocky Mountains vier Indizes zur Messung einzelner Resilienzkomponenten vorschlugen. Das Lloret-Werk definiert Resistance als das Verhältnis der Produktivität während des Störungsereignisses zur Produktivität vor dem Ereignis und misst damit die Fähigkeit eines Systems, seinen Wachstumszustand während einer Dürre aufrechtzuerhalten. Recovery beschreibt das Verhältnis der Produktivität nach der Störung zur Produktivität während der Störung und quantifiziert damit die Erholungsfähigkeit. Resilience wird als das Verhältnis der Produktivität nach der Störung zur Produktivität vor der Störung berechnet und bildet somit die Gesamtfähigkeit ab, das Ausgangsniveau wieder zu erreichen (Lloret et al. 2011: 1910). Zusätzlich fügten sie den Index der relativen Resilienz hinzu, der die Resilience um den Schaden während des Störungsereignisses gewichtet. Ein zentrales Ergebnis der Studie war, dass junge Bäume insgesamt resistenter gegenüber Wachstumseinbrüchen waren, ältere Bäume sich jedoch besser von rezenten Ereignissen erholten, und dass kürzlich von Bränden betroffene Standorte niedrigere Resistance- und Resilience-Werte aufwiesen als ungebrannte.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung – Landwirtschaft unter Trockenstress im Zeichen des globalen Wandels: Einführung in die Thematik der Dürre-Vulnerabilität und Definition der zentralen Forschungsfragen.
2 Stand der Forschung und theoretischer Hintergrund: Theoretische Einordnung der Konzepte Resilienz, Resistance und Recovery sowie Bedeutung des NDVI in der Dürreanalyse.
3 Material und Methoden: Beschreibung des Untersuchungsgebiets, der verwendeten Satellitendaten, Bodenparameter sowie des methodischen Workflows.
4 Ergebnisse: Darstellung der klimatischen Kontextdaten sowie der Analyseergebnisse zu Impact und Recovery für Mais, Winterweizen und Grünland.
5 Diskussion: Kritische Interpretation der gefundenen räumlichen und kulturspezifischen Resilienzmechanismen im Kontext der Boden- und Klimabedingungen.
6 Fazit: Zusammenführung der Kernergebnisse und Ableitung von Empfehlungen für die landwirtschaftliche Praxis.
Schlüsselwörter
Dürre, Resilienz, Fernerkundung, NDVI, Bodenfeuchte, Landwirtschaft, Brandenburg, Niedersachsen, Resistance, Recovery, Mais, Winterweizen, Grünland, Klimawandel, Bodenqualität.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Auswirkungen extremer Dürrejahre (2018 und 2022) auf die landwirtschaftliche Pflanzenwelt in Niedersachsen und Brandenburg mittels Satellitendaten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind ökologische Resilienz, landwirtschaftliche Vulnerabilität, Fernerkundung durch NDVI-Indizes und der Einfluss von Bodenparametern auf den Trockenstress.
Was ist das primäre Ziel der Studie?
Das Ziel ist die Quantifizierung der landwirtschaftlichen Dürrevulnerabilität durch die Aufschlüsselung der Resilienz in die messbaren Komponenten Resistance (Impact) und Recovery für verschiedene Kulturarten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine fernerkundungsgestützte Zeitreihenanalyse auf Basis von MODIS-NDVI-Daten durchgeführt, ergänzt durch statistische Gruppenvergleiche (Mann-Whitney-U-Test) und Korrelationsanalysen mit Bodenfeuchte- und Kapazitätsdaten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Widerstandsfähigkeit (Resistance) und Erholungsfähigkeit (Recovery) von Mais, Winterweizen und permanentem Grünland in Abhängigkeit von Standortfaktoren wie der nutzbaren Feldkapazität.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Dürreschäden, Resilienz, Fernerkundung, Vegetationsstress, Bodenfeuchte und landwirtschaftliche Anpassungsstrategien charakterisiert.
Warum ist die Unterscheidung zwischen einjährigen und mehrjährigen Kulturen wichtig?
Die Studie zeigt, dass diese Systeme grundlegend verschiedene Überlebensstrategien verfolgen: Einjährige Kulturen nutzen eine irreversible Ausweichstrategie (Notreife), während Grünland durch Dormanz und Neuaustrieb eine hohe Erholungskapazität aufweist.
Warum schneidet Brandenburg bei einigen Kulturen schlechter ab als Niedersachsen?
Dies ist primär durch die Kombination aus sandigen Böden mit geringer Wasserspeicherkapazität und dem ausgeprägten kontinentalen Klima begründet, was die Vulnerabilität von Kulturen wie Winterweizen strukturell erhöht.
- Arbeit zitieren
- Josch Meyer (Autor:in), 2026, GIS-gestützte Analyse der Erholungszeit (TTR) von Kulturpflanzen nach Trockenstress, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1741212