Detektion von Schwermetallkonterminationen in den Elbauen mittels Parametrisierung des spektralen Verhaltens der Vegetation (EnviMetal)

Das Auenökosystem wird neben der Dynamik des Hochwassers, der Zufuhr von Nährstoffen sowie natürlichen Katastrophen auch durch die Nutzung des Menschen erheblich beeinflusst. Dabei zeigen insbesondere anthropogen angereicherte Schwermetalle, vor allem nach den verstärkt auftretenden Extrem-Hochwässern an der Elbe (2002, 2006), in denen Schadstoffe mobilisiert und in die Auenböden eingetragen wurden, ein brisantes Umweltproblem auf. Neben der Beeinträchtigung des biologisch-ökologischen Zustandes und der Konsequenzen für Nutzung der Acker- und Weidenflächen besteht ein Risiko für die Gesundheit der Menschen durch den Transfer über die Nahrungskette.

Es besteht nach den verstärkt auftretenden Extrem-Hochwässern an der Elbe in dem Schadstoffe mobilisiert und in die Auenböden eingetragen wurden, ein Handlungsbedarf zur Forschung. Die gegenwärtig verwendeten Techniken, um Vegetation und landwirtschaftliche Nutzungseinschränkungen auf schwermetallkontaminierten Böden zu erforschen, sind zeitraubend und vor allem kleinräumig anwendbar. Die Fernerkundung bietet die Möglichkeit einer schnellen und kosteneffektiven Methode für die flächenhafte Ermittlung des Ausmaßes einer Belastung, da die Bodenkontamination einen Einfluss auf die Physiologie der Pflanzen hat und diese Reaktionen mittels Fernerkundungsdaten erfasst werden können.

Ziel der Forschungsarbeit ist es, mit Hilfe von spektrometrischen Feld- und Labormessungen den aktuellen Belastungszustand des Auenökosystems zu beurteilen. Dabei werden die ökotoxikologischen Effekte der Böden indirekt aus den spektralen Eigenschaften der Auenvegetation abgeleitet und Algorithmen zur Parametrisierung bzw. Trennung von Stressmerkmalen bei der Auenvegetation entwickelt. Mit verschiedenen Vegetationsindizes, Methoden zur Red-Edge-Position-Bestimmung sowie der Funktionsanalyse wird die Spektralkurve der Vegetation normiert, um das Potenzial der Methoden zur Detektion von Schwermetall-Stress an den Auenpflanzen zu untersuchen. Eine Validierung der daraus resultierenden Schadensklassifikation wird durch analytische Untersuchungen erfolgen. Mit der Bestimmung des Chlorophyll- und Schwermetallgehalts können Pflanzenparameter einerseits und Indikatoren der Bodengüte andererseits ermittelt werden, die für eine nachhaltige Nutzung und den Schutz der Böden dringend notwendig sind. Es werden außerdem verschiedene hyperspektrale abbildende Spektrometer aus den Basismessungen simuliert. Dabei ist die Übertragbarkeit von den punkthaften spektrometrischen Messungen auf die Fernerkundungsdaten zur flächendeckenden Analyse belasteter bzw. kontaminierter Auenstandorte zu untersuchen. Weiterhin wird geprüft, ob die Fernerkundung für ökologische Fragestellungen operationell genutzt werden kann und damit ein Werkzeug zur Realisierung eines flächendeckenden Schutzes der biotischen und abiotischen Naturgüter ist.