Belarussische Landnutzungsklassifizierung basierend auf objektorientierter Extraktion

Hinweis: Dieses Forschungsprojekt wurde mit Unterstützung des Gemeinsamen Forschungs- und Kooperationsprogramms der Belt and Road International Science Organizations Alliance abgeschlossen.

Projekthintergrund

Die Republik Belarus, allgemein bekannt als Belarus, hat eine Fläche von 207.600 Quadratkilometern. Das Terrain ist überwiegend flach und besteht aus Ebenen und Becken mit einer durchschnittlichen Höhe von 160 Metern. Der Süden ist eine weite Tiefebene, die zentrale Region besteht größtenteils aus Ebenen und niedrigen Hügeln, während der Norden und Nordwesten etwas höher liegen und einige Hochländer und sanfte Hügel aufweisen, deren höchster Punkt 345 Meter erreicht. Die Böden sind hauptsächlich Podsolböden, gefolgt von Sumpf- und Sandböden; sie sind relativ fruchtbar mit einer durchschnittlichen Vegetationsperiode von 184–208 Tagen. Es gibt zahlreiche Flüsse und Seen, insgesamt 20.781 Flüsse, 12.250 Seen und 153 Stauseen. Das Klima ist mild und feucht und wird als gemäßigtes Kontinentalklima mit warmen Sommern, regnerischen Herbsten und feuchten Wintern klassifiziert. Die Durchschnittstemperatur im Januar liegt zwischen -4 °C und -8 °C, im Juli zwischen +17 °C und +19 °C. Im Tiefland fallen durchschnittlich 500–650 mm Niederschlag pro Jahr, in den Ebenen und im Hochland 650–750 mm. Dank der reichlichen Niederschläge und der günstigen natürlichen Bedingungen eignet sich das Gebiet hervorragend für die Landwirtschaft.

Im Jahr 2012 betrug der Produktionswert der Ackerbauindustrie 30,47 Billionen belarussische Rubel, was ungefähr 3,655 Milliarden US-Dollar entspricht (berechnet zu einem durchschnittlichen Jahreswechselkurs von 1 US-Dollar = 8335,86 belarussischen Rubel) und 51,7 % des gesamten landwirtschaftlichen Produktionswerts ausmachte.

△ Tabelle 1. Anbaufläche in Belarus, 2005–2011 (Einheit: Tausend Hektar)

△ Tabelle 2. Gesamte Ernteproduktion in Belarus, 2005–2012 (Einheit: Tausend Tonnen)

Satellitenfernerkundungstechnologie kann zur Überwachung von Wachstum, Ertrag, Schädlingen, Krankheiten und Naturkatastrophen landwirtschaftlicher Ressourcen eingesetzt werden. Belarus verfügt über einen hochentwickelten Sektor für Satellitenfernerkundungstechnologie mit umfangreichen Geodatenressourcen zur Landnutzung und Bodenkartierung sowie Satellitenempfangsstationen am Boden. Obwohl Belarus eine erhebliche Bodenheterogenität und komplexe Landnutzungsformen aufweist, wurden die meisten dieser Aspekte bereits in Studien untersucht. Darüber hinaus minimiert die Lage von Belarus in mittleren bis hohen Breitengraden den Einfluss von Wolken und Regen, wodurch ganzjährig eine große Menge an qualitativ hochwertigem Bildmaterial zur Verfügung steht und somit eine solide Datengrundlage für Anwendungen der Satellitenfernerkundung bildet.

Grundlegender Projektprozess

Dieses Projekt wurde mit Unterstützung des gemeinsamen Forschungskooperationsprogramms der Allianz Internationaler Wissenschaftsorganisationen (ANSO) im Rahmen der Seidenstraßeninitiative realisiert. Die Datenaufbereitung und -fusion erfolgten mit Sentinel Hub und Google Earth Engine. Trainingsdaten wurden anhand öffentlich zugänglicher Datensätze, Publikationen und visueller Interpretation annotiert. Anschließend wurde das überwachte Lernverfahren OBIA-RF (Object-Oriented Random Forest) eingesetzt, um Landbedeckungsmerkmale aus land- und forstwirtschaftlichen Datensätzen zu klassifizieren und zu extrahieren. Abschließend wurden Kartierung und statistische Analyse mit Software wie QGIS und ArcGIS durchgeführt. In Kombination mit meteorologischen und Bodendaten wurde das ökologische Potenzial des Bodens bewertet.

△ Flussdiagramm der objektorientierten Landnutzungsklassifizierung

△ Bodenkarten von Belarus (Karacsonyi, David. (2017). Belarus in Karten.)

Projektergebnisse

Abbildung 3. Veränderungen der Wald- und Ackerlandbedeckung in Belarus, 2014–2023.

Abbildung 4. Statistische Übersicht über die Veränderungen der Wald- und Ackerflächen in Belarus, 2014–2023.

△ Abbildung 5. Statistische Darstellung der Veränderungen der Waldfläche in verschiedenen Regionen von Belarus von 2014 bis 2023

△ Abbildung 6. Statistische Übersicht über die Veränderungen der Anbaufläche in verschiedenen Regionen von Belarus von 2014 bis 2023

Insgesamt schwankt die Wald- und Ackerfläche in Belarus jährlich, bleibt aber im Allgemeinen stabil, mit Ausnahme eines deutlichen Rückgangs der Waldfläche im Gebiet Witebsk im Jahr 2020 (Abbildung 4). Die Flächenverteilung zwischen den Regionen blieb ebenfalls weitgehend konstant. Abbildung 5 zeigt, dass die Ackerfläche im Gebiet Witebsk nach 2021 deutlich zugenommen hat, was darauf hindeutet, dass der Rückgang der Waldfläche auf die Umwandlung von Ackerland zurückzuführen sein könnte. Bemerkenswert ist, dass die Waldfläche im Gebiet Minsk nach 2022 ebenfalls einen rückläufigen Trend aufwies, während die Ackerfläche einen steigenden Trend und ein relativ schnelles Wachstum verzeichnete. Dies könnte daran liegen, dass das Gebiet Minsk im administrativen Zentrum liegt und über eine relativ entwickelte Landwirtschaft verfügt. Die Förderung der großflächigen Landwirtschaft in den letzten Jahren führte zu einer Ausdehnung der Ackerflächen.

Grodno weist zudem die geringsten Wald- und Ackerflächen auf, was wahrscheinlich auf niedrigere Temperaturen im Vergleich zu anderen Bundesstaaten, höhere Niederschläge und Oberflächenabflüsse sowie einen signifikanten Anteil an hypo-stagnischen Retisolböden (Stiltic, Cleyic) zurückzuführen ist (Abbildung 2). Diese Böden haben einen hohen Tongehalt, der typischerweise die Drainage und Belüftung beeinträchtigt und das Wurzelwachstum behindert. In Verbindung mit den hohen Niederschlägen führt dies zu kurzfristiger oder periodischer, flacher Vernässung. Vorübergehende Sättigung nach Regenfällen kann das Pflanzenwachstum und die biologische Aktivität des Bodens negativ beeinflussen. Daher weist der Bundesstaat geringe Wald- und Ackerflächen auf, während Feuchtgebietspflanzengesellschaften und -ökosysteme dominieren.

Neben jährlichen Flächenstatistiken analysiert es auch Flächenveränderungen zwischen den Jahren und identifiziert Hotspots dieser Veränderungen. Es liefert makrostatistische Daten und detaillierte Informationen zu Veränderungen bestimmter Landnutzungsarten und bietet so objektive und effektive Grundlage für die Formulierung und Umsetzung makro- und regionaler Agrarpolitiken.