BopaBW – Oberflächennahe Bodenparameter Baden-Württemberg

Land / Region: Deutschland/Baden-Württemberg

Projektanfang: 01.01.2018

Projektende: 31.05.2023

Projektstand: 31.12.2022

Abbildung 1. Ackerstandorte in Baden-Württemberg als Basisdatensatz zur Eingrenzung der Flächen auf denen oberflächennahe Bodenparameter abgeleitet werden Quelle: BGR, Datensätze: ALKIS (Amtliches Liegenschaftskatasterinformationssystem), digitales Höhenmodell DEM10 Baden-Württemberg

Die Bodenkarte Baden-Württembergs im Maßstab 1:50000 (BK50) basiert auf traditionellen Methoden der Bodenkartierung wie der klassischen Entnahme von Bodenproben und deren laboranalytischen Untersuchungen sowie forstlichen und vegetationskundlichen Aufnahmen. Zusätzlich werden ergänzende Kartenwerke (geologische und topographische Karten) und aus Geländemodellen abgeleitete Reliefparameter zur Erstellung der BK50 verwendet. Bisher haben jedoch keine Daten der Fernerkundung Eingang in die Bodenkarte gefunden. Begründet ist dies z.B. mit hohen Bereitstellungsgebühren kommerzieller Satellitenprodukte, unzureichenden räumlichen und/oder spektralen Auflösungen und der nur oberflächennahen Datenerfassung des Bodens. Innerhalb der Copernicus Mission werden seit 2015 durch die Erdbeobachtungssatelliten Sentinel-2A und 2B kontinuierlich multispektrale Satellitenbilder generiert, welche kostenfrei zugänglich sind. Mit einer spektralen Auflösung von 13 Spektralkanälen in unterschiedlichen räumlichen Auflösungen (10 m/20 m/60 m) wird die gesamte Erde alle 5 Tage/10 Tage erfasst. Zusätzlich stehen mit Sentinel-1 gebührenfreie Radardaten zur Verfügung.

Ziel des Verbundprojekts “Oberflächennahe Bodenparameter Baden-Württemberg”, unter Leitung des Landesamtes für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB) Baden-Württemberg in Zusammenarbeit mit der BGR und dem GeoForschungsZentrum (GFZ), ist es, Satellitendaten zur Ableitung oberflächennaher Bodenparameter von unbedeckten Ackerstandorten zu verwenden um zusätzliche Informationen in Verbindung mit der bestehenden BK50 generieren zu können (Abbildung 1).
Derartige physikalische Bodenparameter sind z.B. die Bodentextur oder der Grad der Steinbedeckung. Die Ableitung und Quantifizierung von chemischen Parameterwerten wie die Gehalte an organischem Kohlenstoff und Karbonaten sind ebenso wie physikalische Parameter relevant für die künftige Umsetzung von EU-, Bund- oder Länderverordnungen. Zur Ableitung oberflächennaher Bodenparameter werden zunächst hyperspektrale Labormessungen (Abbildung 2) sowie Feldmessungen durchgeführt (Abbildung 3) und mit bodenkundlichen Ground-Truth-Daten kalibriert und validiert.

Das LGRB Baden-Württemberg besitzt eine umfangreiche Datenbank u.a. von Feldbodendaten, laboranalytischen Bodendaten und Kohlenstoffmodellierungen, die für diesen Zweck eingesetzt wird. Diese Datenbank wird kontinuierlich durch hyperspektrale Feldmessungen erweitert. Gleichzeitig werden ergänzende Bodendaten wie z.B. mineralogische Parameter und Elementgehalte durch laboranalytische Untersuchungen in der BGR generiert. Die hyperspektralen Feld- und Labormessungen werden darüber hinaus mit den multispektralen Signaturen der Sentinel-2 Satellitenbilder kombiniert, um oberflächennahe Bodenparameter aus Satellitendaten abzuleiten (Abbildung 4). Ergänzend wird im Rahmen des Projekts die Eignung von Sentinel-1 Radardaten hinsichtlich des Monitorings von Moorsetzungen in Baden-Württemberg getestet. Wird der Wasserhaushalt von Mooren gestört, kommt es zu einem fortwährenden Höhenverlust der Moore, der auf die Mineralisierung des Torfes zurückzuführen ist.

Dabei wird der organische Kohlenstoff zum größten Teil als klimarelevantes Spurengas in die Atmosphäre abgeführt. Aus dem Höhenverlust von Mooren in Kombination mit Torfparametern können CO2-Emissionen aus Mooren berechnet werden. Die mit der Methode der Radar-Interferometrie berechneten Sentinel-1 Daten liefern die Senkungs- und Hebungsdaten (BodenBewegungsdienst Deutschland (BBD)) und bieten eine Möglichkeit, den aktuellen Höhenverlust der Moore in hoher räumlicher Auflösung abzubilden.

Partner:

Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg (LGRB)
Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ)