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Jun 22, 2023

Neue Baumtechnologie: Schneiden

2. August 2023 von Mongabay Kommentar hinterlassen von Claire Asher Diese Geschichte ist der dritte Artikel einer vierteiligen Mongabay-Miniserie, die sich mit den neuesten technologischen Lösungen zur Unterstützung der Wiederaufforstung befasst.

2. August 2023 von Mongabay Hinterlasse einen Kommentar

Von Claire Asher

Diese Geschichte ist der dritte Artikel einer vierteiligen Mongabay-Miniserie, in der die neuesten technologischen Lösungen zur Unterstützung der Wiederaufforstung untersucht werden. Lesen Sie Teil Eins, Teil Zwei und Teil Vier.

Riesige Waldgebiete wurden durch Abholzung gerodet, durch eine Reihe anderer menschlicher Aktivitäten geschädigt, durch Waldbrände vernichtet und durch invasive Insekten verwüstet. Die Wiederherstellung dieser Wälder ist von entscheidender Bedeutung, um den globalen Klimawandel einzudämmen und wild lebende Arten vor dem Aussterben zu bewahren. Doch die vor uns liegende Herausforderung ist riesig und die Zeit knapp.

Obwohl sich einige Wälder mit dem richtigen Schutz und der richtigen Unterstützung auf natürliche Weise erholen können, benötigen andere intensivere Hilfe in Form von Neuanpflanzungen. Dieser Bedarf hat stark geförderte Baumpflanzprojekte hervorgebracht, die die Herausforderung manuell angehen und Tausende von Freiwilligen auf das Feld schicken, um einen Setzling nach dem anderen von Hand zu pflanzen.

Obwohl diese Bemühungen inspirierend sind, sind sie auch arbeitsintensiv und umständlich zu organisieren und können degradiertes Land, das über die Straße nicht erreichbar ist oder in dem es nur wenige Freiwillige gibt, nicht erreichen. Noch wichtiger ist, dass sie die Wiederaufforstung nicht in dem weltweiten Maßstab oder Zeitrahmen erreichen können, der erforderlich ist, um die Klima- und Biodiversitätskrise zu bewältigen und internationale Wiederaufforstungsziele zu erreichen.

Unabhängig davon, welche Methoden die Menschheit im 21. Jahrhundert zur Wiederherstellung von Millionen Hektar verlorener und degradierter Wälder beschließt, wird es zweifellos eine Herkulesanstrengung erfordern. Aber ohne Herkules sieht es so aus, als wären Roboter dieser Aufgabe gewachsen.

Die Aussaat aus der Luft mithilfe modernster Robotertechnologie – die direkte Lieferung von Saatgut an den Ort, an dem es benötigt wird – ist eine High-Tech-Lösung, die immer mehr an Bedeutung gewinnt.

Frühe Entwürfe erforderten, dass jede Saatdrohne von einem erfahrenen Drohnenpiloten ferngesteuert werden musste. Neuere Drohnen können Samen autonom entlang einer vordefinierten Route abwerfen und in einem „Schwarm“ zusammenarbeiten, der von einem einzigen menschlichen Vorgesetzten geleitet wird. Dieser Fortschritt in der künstlichen Intelligenz verändert die Wiederaufforstung abgelegener und unzugänglicher Standorte grundlegend.

Unternehmen für die Luftsaat – einige entwickeln proprietäre Versionen der Luftrobotertechnologie, andere adaptieren kommerziell erhältliche Designs – tauchen in den Industrienationen auf, obwohl sich der Einsatz von Saatdrohnen in den Tropen und anderswo in den Entwicklungsländern noch nicht wirklich durchgesetzt hat.

Mast Reforestation, ein Unternehmen mit Sitz in Seattle, Washington, konzentriert sein Drohnensaatprogramm auf die von Bränden zerstörten Nadelwälder Nordamerikas. Jeder große Waldbrand sei „ein gewaltiger Rückschritt“, sagt Matthew Aghai, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung bei Mast. Und „wir verfügen immer noch nicht über skalierbare Tools, um diese Probleme anzugehen.“ Mast versteht sich als Teil dieses Upscaling-Prozesses.

Als das Unternehmen 2015 gegründet wurde und damals DroneSeed hieß, gab es keine kommerziell erhältlichen Drohnen, die für diese Aufgabe geeignet waren. Deshalb entwickelte das Unternehmen ein eigenes Drohnendesign. „Wir haben maßgeschneiderte Flugzeuge gebaut, die riesig sind“, erinnert sich Aghai. Tatsächlich waren sie so groß und so anspruchsvoll in ihrem Design, dass das Unternehmen mit der US-Luftfahrtbehörde Federal Aviation Administration zusammenarbeiten musste, um Vorschriften zu entwickeln, um einen reibungslosen und sicheren Ablauf der Drohnenaussaat zu gewährleisten.

Im Jahr 2022 kombinierte Mast Reforestation Drohnensaat und Handpflanzung von Setzlingen im Rahmen des Wiederaufforstungsprojekts Henry Creek, das etwa 121 Hektar (300 Acres) im Westen Oregons, USA, wiederaufforstete. Das Unternehmen geht davon aus, dass das Projekt mehr als 200.000 Tonnen Kohlenstoff aus dem Wald entfernen wird Atmosphäre in den nächsten 200 Jahren.

In Australien strebt AirSeed Technologies die Wiederherstellung natürlicher Wälder an, die durch Abholzung, Waldbrände und Überschwemmungen gerodet wurden. „In Australien gibt es eine enorme Menge Land, das reif für die Wiederherstellung ist“, sagt Charlotte Mills, Chefökologin bei AirSeed. Allerdings „reichen [manuelle] Standardansätze nicht aus, um die Herausforderung der Skalierung zu meistern.“

Das Unternehmen hat spezielle Saatdrohnen entwickelt, die mit künstlicher Intelligenz ausgestattet sind, um den Wiederaufforstungsprozess zu beschleunigen und auszuweiten. Die Drohnen von AirSeed können Samen 25-mal schneller pflanzen als Sämlinge manuell und werfen bis zu 40.000 Samenkapseln pro Tag in abgelegenen, gefährlichen und unzugänglichen Gebieten ab. Ziel des Unternehmens ist es, bis 2024 jährlich 100 Millionen Samenkapseln abzuwerfen.

AirSeed hat kürzlich mit dem australischen MidCoast Council zusammengearbeitet, um den durch Buschbrände verlorenen Koala-Lebensraum in den Cattai-Feuchtgebieten in New South Wales wiederherzustellen. Mit ihren Podding-Drohnen warfen sie Samen für Sumpfmahagoni ab, eine wichtige einheimische Nahrungspflanze für diese gefährdeten Beuteltiere. Außerdem testen sie ihre Technologie zur Regeneration von durch Überschwemmungen geschädigten Wäldern in Lismore, New South Wales.

Unternehmen und NGOs auf der ganzen Welt nutzen Drohnensaat, um degradiertes Land wieder aufzuforsten. Das in Großbritannien ansässige Umwelttechnologieunternehmen Dendra Systems setzt Drohnen ein, um Samen in abgelegenen Gebieten schneller und sicherer abzuwerfen. Kürzlich hat das Unternehmen eine Partnerschaft mit dem WWF-Australien, der australischen Regierung und der Turner Family Foundation geschlossen, um mehr als 20.000 Hektar (fast 50.000 Acres) degradierter Wälder in Australien wieder aufzuforsten.

In Afrika setzt World Vision Kenya in Zusammenarbeit mit Kenya Flying Labs Drohnen ein, um degradiertes Land im Tana River County mit einheimischen Bäumen neu zu besäen. Das Drohnenaufforstungsunternehmen Seedcopter leistet Pionierarbeit bei der Aussaat von Drohnen, um Indiens Wälder wiederherzustellen, und in Kanada setzt Flashforest Drohnen ein, um von Waldbränden verwüstete Wälder wiederherzustellen. Die spanische Non-Profit-Organisation Dronecoria produziert Open-Source-Technologie für die Forstwirtschaft, darunter Saatdrohnen und Saatgutbeschichtungsmaschinen.

Die Bemühungen zur Aussaat aus der Luft stecken noch in den Kinderschuhen, aber einige Unternehmer hoffen, dass Drohnen die Wiederaufforstungsbemühungen revolutionieren werden. Forscher und Unternehmen haben bereits große Fortschritte gemacht, um diese Robotertechnologien effektiver und kosteneffizienter zu machen, aber es gibt gewaltige Herausforderungen bei der weiteren Ausweitung dieser Operationen.

Insbesondere große Logistik- und Infrastrukturprobleme müssen angegangen werden. Für jedes Baumpflanzprojekt, insbesondere aber für Luftsaatprojekte, bei denen niedrige Keimraten bewältigt werden müssen, müssen Quellen für große Mengen an Saatgut verschiedener einheimischer Arten gefunden oder geschaffen werden. Das ist nur der erste Schritt in einer langen, komplexen Lieferkette für die Wiederaufforstung. Sobald die Samen gesammelt sind, müssen sie ordnungsgemäß gelagert und anschließend unbeschädigt zum Startpunkt transportiert werden.

Die Verfügbarkeit von Saatgut bleibt ein großes Hindernis für eine großflächige Wiederaufforstung, sei es durch Drohnenaussaat oder durch manuelles Pflanzen von Setzlingen. „Saatgut ist eine begrenzte Ressource; Es ist am besten, es konservativ zu verwenden“, erklärt Mills.

Für eine großflächige Wiederaufforstung sind große Mengen an Saatgut erforderlich. Schätzungen gehen davon aus, dass für die Wiederaufforstung von rund 10 Millionen Hektar (ungefähr 25 Millionen Acres) verlorenem und degradiertem Wald im Westen der USA zwischen 8 und 45 Milliarden Samen erforderlich wären. Überall in den USA haben private und öffentliche Saatgutbanken, die für die allgemeine Wiederaufforstung vorgesehen sind, „etwa drei bis fünf Jahre lang Saatgut, bevor es aufgebraucht ist“, sagt Aghai.

Er betont die Schlüsselrolle, die das Sammeln von qualitativ hochwertigem Saatgut in großem Maßstab bei einer weltweiten Wiederaufforstung spielen muss: „Alles beginnt mit dem Saatgut, denn das ist Ihr genetisches Material“, bemerkt Aghai.

Während der Aufbau einer gut entwickelten Saatgutversorgungskette für groß angelegte Drohnenpflanzungen von entscheidender Bedeutung ist, gilt dies auch für die sorgfältige Vorbereitung von Wiederaufforstungsflächen. Sobald ein Pflanzort ausgewählt ist, besucht das australische AirSeed-Team den Standort, um das Gelände zu kartieren, die Bodenqualität und die vorhandene Vegetation zu bestimmen und hochauflösende Landschaftsbilder aus der Luft aufzunehmen, die dem Unternehmen bei der Entwicklung eines Wiederbepflanzungsplans helfen. „Diese ersten Kartierungsbilder sind für die Planung unserer Pflanzmissionen von entscheidender Bedeutung“, bemerkt Mills.

Saat für Saat sind Roboter immer noch nicht so effektiv wie ein begeisterter Freiwilliger mit einer Schaufel. Die Erfolgsquote von Samen, die von Drohnen oder anderen Luftfahrzeugen abgeworfen werden, ist viel geringer als bei manuell gepflanzten Setzlingen.

„Eine der großen Herausforderungen [für die Aussaat aus der Luft] ist die niedrige Keimrate“, sagt Lining Yao, Maschinenbauingenieur an der Carnegie Mellon University. Eine schlechte Keimungsrate kann auf viele Faktoren zurückzuführen sein, darunter Samen, die auf schlechte Böden fallen, Raubtiere von Vögeln und Insekten sowie unsachgemäße Lagerung oder Handhabung der Samen vor der Aussaat.

Eine weitere große Herausforderung: die Notwendigkeit, gleichzeitig Samen einer Vielzahl von Pflanzenarten zu verbreiten, um einen Wald mit mehr natürlicher Artenvielfalt zu schaffen. „Die Entwicklung von [Luftsaat-]Designs, die das gesamte Spektrum an Saatgutarten säen können, ist eine große Herausforderung“, erklärt Mills. Es gibt „große Unterschiede in der Größe, Form, Masse und den äußeren Merkmalen der Samen, die diese Pflanzen produzieren.“ Viele Arten von Samen müssen vor der Aussaat zusammengebracht werden, und jede Art hat wahrscheinlich unterschiedliche Anforderungen an die Handhabung.

Auch die Saatgutlogistik vor der Aussaat erschwert die Aussaat mit Drohnen, da viele Samen spezifische und manchmal komplexe Ruhebedingungen für eine erfolgreiche Keimung haben. Beispielsweise produzieren viele Pflanzen aus gemäßigtem Klima Samen, die im Herbst vom Baum fallen und überwintern, bevor sie im Frühjahr keimen.

Um diese natürlichen Bedingungen zu simulieren, müssen Drohnensaatunternehmen, Wissenschaftler und Sanierungsfachkräfte „mechanische Eingriffe oder chemische Eingriffe oder eine Schichtungsperiode entwickeln, in der es zu einer morphophysiologischen Ruhephase kommt, die über einen bestimmten Zeitraum Feuchtigkeit und Temperatur [Standards] erfordert, um wieder zu erwachen.“ der Samen“, sagt Aghai.

„Wir wollen die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass sich aus jedem einzelnen [Samen] ein etablierter Sämling entwickelt“, sagt Aghai. „Das ist eine Übung in Biomimikry.“ Mast Reforestation hat seine Aussaatmethoden zunächst auf die spezifischen Keimungsanforderungen von Arten zugeschnitten, die in den gemäßigten Wäldern des Westens der USA, in denen das Unternehmen tätig ist, heimisch und ökologisch wichtig sind, wie etwa Ponderosa-Kiefer und Douglasie.

Auch der Zeitpunkt der Samenausbreitung ist entscheidend. Im Westen der USA beispielsweise ist die optimale Aussaatzeit für Koniferen der Spätherbst, wenn es genügend Niederschläge gibt, damit die Samen ihre Ruhephase beenden, keimen und gedeihen können – dieser Zeitpunkt könnte sich jedoch im Zuge des Klimawandels ändern.

Nach dem Sammeln der Samen führt Mast Reforestation eine simulierte Ruhephase durch und lädt die vorbereiteten Samen dann sorgfältig in speziell angefertigte Samenkapseln, die das Unternehmen „Pucks“ nennt. Jeder Puck enthält Samen sowie eine Mischung aus komprimierten Naturfasern, Mineralien und anderen Nährstoffen, die „eine geeignete Mikroumgebung schaffen sollen … sehr ähnlich der Stelle, an der ein Samen fallen und am besten keimen würde“, erklärt Aghai.

Die Pucks werden zusammen mit Drohnen und dem Pflanzteam, zu dem professionelle Drohnenpiloten und visuelle Beobachter gehören, zum Startplatz für die Wiederaufforstung transportiert. „Es sieht aus wie eine Formel-1-Boxencrew“, scherzt Aghai, „außer dass wir mit einer riesigen Brandnarbe am Hang eines Berges stehen.“

Jede Drohne hebt mit Pucks beladen ab, wirft sie über eine vordefinierte Route ab und kehrt dann zum Nachladen zurück. Je schneller das Team nachladen kann, desto effizienter ist das Pflanzprojekt. „Es ist eine ziemliche Orchestrierung“, fügt Aghai hinzu.

Die bereits abgeschlossenen Drohnenaufnahmen des Standorts ermöglichen es dem Team, einen Flugplan zu erstellen, dem die Aussaatdrohnen folgen. „Sie gehen im Grunde mit einem Missionsplan los, um diese Pucks an einem ganz bestimmten Ort abzulegen, basierend auf einem Rezept, das von einem Restaurierungsfachmann geschrieben wurde“, erklärt er.

AirSeed hat auch maßgeschneiderte Träger entwickelt, um Setzlingen einen Vorsprung ins Leben zu verschaffen. „Die Samenkapsel-Biotechnologie von AirSeed umfasst Produkte mit mikrobiellen, nährstoff- und kohlenstoffspeichernden Eigenschaften“, sagt Mills. Jede Zutat kann auf die Art zugeschnitten werden, um „die besten Keimchancen … und die besten Überlebenschancen für die resultierenden Sämlinge“ zu gewährleisten. Das zusätzliche Gewicht der Samenkapsel verringert auch die Gefahr, dass das Saatgut durch Wind vom Standort weggeweht wird.

Einige Flugroboter haben jetzt sogar noch mehr zu bieten: Die Kapseln von AirSeed enthalten eine Kohlenstoffladung, die bei der Landung im Boden abgelagert wird. „Das bedeutet, dass unsere [Aussaat-]Lösung die einzigartige Fähigkeit besitzt, sowohl den Schaden an der Erde [durch die Bindung von Kohlenstoff] zu verlangsamen als auch [den Schaden, der] bereits angerichtet wurde, zu heilen“, erklärt Mills.

Wissenschaftler entwickeln neuartige Ansätze, um die Keimrate von Samen zu erhöhen, die von Drohnen abgeworfen werden. Yao und ihr Team an der Carnegie Mellon University haben einen selbstvergrabenden Samenträger entwickelt, der nach der Verteilung durch eine Drohne jeden Samen sanft in den Boden bohren kann. Inspiriert von der Struktur der Samen von Erodium-Pflanzen benötigt der Träger keinen Akku; Die Vergrabungswirkung wird durch die Form der Materialien selbst erzeugt.

„Der gewickelte Körper dehnt sich bei Regen aus, wodurch eine nach unten gerichtete Schubkraft entsteht, die es der Spitze ermöglicht, sich selbst im Boden zu vergraben“, erklärte Yao. Das Vergraben des Samens, anstatt ihn auf der Erde liegen zu lassen, kann ihn „vor Wind, Dürre oder Vögeln“ schützen, sagt sie. Obwohl dieses System noch nicht für die Massenproduktion bereit ist, hat das Design in Labor- und Feldtests vielversprechende Ergebnisse erbracht.

Die Überwachung ist nach der Pflanzung von entscheidender Bedeutung, da sie Wachstumsdaten liefert, die die Technologie und Ergebnisse der Drohnenaussaat verbessern können. Die Durchführung detaillierter Langzeitbeobachtungen in großem Maßstab bleibt jedoch eine gewaltige finanzielle und logistische Herausforderung, insbesondere an abgelegenen Orten, an denen die Aussaat per Drohne am effektivsten ist. Jede der Kapseln von AirSeed ist mit einem GPS-Tag versehen, sodass das Team zu einem genauen Ort zurückkehren und die Sämlinge von der Pflanzung bis zur Reife überwachen kann.

Die Entwicklung von Drohnen ist in einem bemerkenswerten Tempo vorangekommen, hat viele technische Hürden überwunden und Luftfahrzeuge zu einer praktikablen Lösung für groß angelegte Wiederaufforstungsprojekte gemacht. „Drohnen sind ein wichtiger Bestandteil des Wiederherstellungsinstrumentariums“, erklärt Mills, und sie bringen das Ziel „der Wiederherstellung und Wiederaufforstung aller degradierten Flächen in greifbare Nähe“.

Natürlich bleiben große Herausforderungen bestehen, und Befürworter von Drohnen sind sich einig, dass die Aussaat aus der Luft nicht für jedes Aufforstungsprojekt die richtige Lösung ist. „Meiner Meinung nach besteht der Zweck der Aussaat aus der Luft nicht darin, eine Zauberlösung nach ‚Jack and the Beanstalk‘ zu schaffen, sondern darin, dem Werkzeugkasten des Aufforstungs- oder Wiederherstellungsfachmanns ein weiteres Werkzeug hinzuzufügen“, sagt Aghai.

Wichtig sei, fügt er hinzu, „außerordentlich gemessen [und fokussiert] zu sein, wo die Technologien tatsächlich [heute erfolgreich] eingesetzt werden können.“ Aus diesem Grund hat Mast seine Bemühungen bisher vor allem auf die gemäßigten Nadelwälder Nordamerikas konzentriert.

Die Anwendung dieser Robotertechnologie auf die Wiederaufforstung in Entwicklungsländern in tropischen Klimazonen mit ihrer überwältigenden Komplexität der Baumarten und der teilweise begrenzten Infrastruktur sei äußerst herausfordernd, sagen die Experten. Groß angelegte, präzise Drohnensaatoperationen wie die von Mast sind „wirklich eine industrielle Lösung für die entwickelte Welt“, sagt Aghai und erfordern umfassende Ausbildung, Energieinfrastruktur und Zugang zu professionellen Drohnenmechanikern.

Hinzu kommt der Mangel an Wissen der Menschheit über die meisten der 73.000 Baumarten der Welt – eine besonders große Wissenslücke in den Tropen, wo die Abholzung der Wälder weit verbreitet ist und eine Wiederaufforstung dringend erforderlich ist. Allein im Amazonasbecken gibt es schätzungsweise 12.500 Baumarten.

Die Generierung der gigantischen Saatgutressourcen und der Infrastruktur, die erforderlich sind, um riesige Drohnenstaffeln zur Wiederbesiedlung zerstörter Wälder auf der ganzen Welt bereitzustellen, bleibt vorerst eine Herkulesaufgabe, die unerreichbar ist. Trotz der bereits erzielten Fortschritte ist es denkbar, dass Großinvestitionen von Industrienationen, Unternehmen und NGOs eines Tages Roboter in den tropischen Himmel bringen könnten, um die Regenwälder der Erde wiederherzustellen.

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