Ausweitung der Waldforschung mit terrestrischer LiDAR-Technologie

Warum 3D-Wälder für alle wichtig sind

Wälder bieten weit mehr als nur Landschaft und Holz: Sie speichern Kohlenstoff, kühlen die Luft, bieten Lebensraum für Tiere und dämpfen Klimaschwankungen. Viele Entscheidungen in Klima-, Naturschutz- und Flächennutzungsfragen beruhen jedoch weiterhin auf überraschend einfachen Baummaßen. Dieser Artikel erklärt, wie bodengestützte Lasertechnologie – terrestrische LiDAR genannt – Wissenschaftlern eine radikal detailliertere, dreidimensionale Sicht auf Wälder ermöglicht. Sie hilft, realistische digitale Versionen von Wäldern zu erstellen und nachzuverfolgen, wie Abholzung, Feuer und Klimawandel sie im Lauf der Zeit umgestalten.

Neue Augen für den Wald

Jahrzehntelang haben Satelliten und Flugzeuge Wälder von oben kartiert und aufgezeigt, wo Bäume wachsen und wie sich das verändert. Terrestrische LiDAR verlagert den Blick vom Waldboden aus. Ein auf einem Stativ montierter Scanner sendet rasch Laserimpulse aus und misst, wie lange sie brauchen, um von Stämmen, Ästen, Blättern und sogar umgestürzten Stämmen zurückzuprallen. Das Ergebnis ist eine dichte „Punktwolke“, die die genaue 3D-Anordnung pflanzlicher Materialien erfasst. Im Vergleich zu traditionellen Bandmessungen oder Fotos sind diese Scans schneller, detaillierter und weniger verzerrt, besonders in dichtem oder unebenem Gelände. Jüngste Fortschritte in der Hardware haben die Scanner kleiner, günstiger und schneller gemacht, sodass deutlich mehr Forschungsgruppen sie einsetzen können.

Digitale Wälder bauen

Einmal gesammelt, lassen sich LiDAR-Punkte in lebensechte digitale Bäume und Bestände verwandeln. Algorithmen umhüllen die Punkte mit einfachen Formen – oft kurzen Zylindern – um jeden größeren Ast in sogenannten quantitativen Strukturmodellen zu rekonstruieren. Effektiv können Wissenschaftler einen Baum wiegen und vermessen, ohne ihn zu fällen, und sein gesamtes Holz sowie dessen Verteilung vom Stamm bis zu den Zweigen schätzen. Diese digitalen Bäume fließen in „digitale Zwillinge“ ein: hochdetaillierte Computerabbildungen von Wäldern, mit denen sich etwa die Lichtdurchlässigkeit eines Bestands, die Reaktion der Photosynthese auf wechselnde Jahreszeiten oder wie Baumformen aus Genetik und Umwelt entstehen, simulieren lassen. Dieses Realitätsniveau hilft, die Lücke zwischen kleinen Feldparzellen und globalen Satellitenbeobachtungen zu schließen.

Waldinventare neu denken

Terrestrische LiDAR verändert auch die Art und Weise, wie wir Bäume in größeren Maßstäben zählen und überwachen. Nationale Waldinventuren stützen sich traditionell auf Menschen, die Stammdurchmesser und Höhen auf Stichprobenflächen messen. LiDAR kann dieselben Basisdaten mit Zentimeterpräzision liefern und gleichzeitig Kronenbreite, Kronenvolumen, den von jedem Baum eingenommenen Raum und die Blattclustering-Dichte erfassen. Da all dies in 3D gespeichert wird, können alte Scans mit neuen Algorithmen neu verarbeitet und wiederholte Scans zeigen, wie Stämme, Kronen und sogar feine Äste nach Durchforstung, Stürmen oder Dürre wachsen oder sich verformen. Dieses reichhaltigere Bild verfeinert Modelle, die Baumgröße in Holzvolumen und Kohlenstoff umrechnen, und macht regionale und managementbedingte Unterschiede sichtbar, die ältere Methoden oft verpasst haben.

Struktur, Lebensraum und Störungen erkennen

Über einzelne Bäume hinaus erlaubt LiDAR Wissenschaftlern, zu quantifizieren, wie Laub und Äste den Raum in einem gesamten Bestand ausfüllen. Sie können messen, wie viele Schichten ein Wald hat, wie offen oder geschlossen das Kronendach ist und wie komplex die Struktur in Höhe und Breite ist. Diese Muster stehen in engem Zusammenhang mit Biodiversität und Resilienz. Komplexe Kronendächer unterstützen tendenziell mehr Arten und können auch im Alter weiterhin Holz produzieren. Detaillierte 3D-Karten zeigen außerdem, wie Abholzung, Feuer, Fragmentierung und große Pflanzenfresser Wälder umgestalten. Studien haben LiDAR genutzt, um zu zeigen, dass Bäume an Rändern des Amazonaswaldes anders wachsen und weniger Biomasse speichern, dass Abholzungsnarben in der vertikalen Struktur Jahrzehnte später noch sichtbar sind, und dass Bodenfeuer das Unterholz auf standortspezifische Weise ausschneiden.

Herausforderungen und Ausblick

Trotz ihrer Versprechen ist terrestrische LiDAR kein magischer Ersatz für einfache Werkzeuge. Hochwertige Scanner bleiben teuer, und Feldarbeit kann durch Wind, Regen und schwieriges Terrain gebremst werden. Die Verarbeitung der riesigen Datenmengen erfordert nach wie vor spezialisierte Software und Fachwissen, und internationale Standards für Scan- und Datenaustausch beginnen erst zu entstehen. Dennoch senken Fortschritte in künstlicher Intelligenz, geteilte Datensätze und koordinierte Netzwerke diese Barrieren stetig. Die Autoren schließen, dass terrestrische LiDAR bereits zu einem wichtigen Bestandteil des globalen Werkzeugsatzes zum Verständnis von Wäldern geworden ist: Sie bietet die strukturelle Detailtiefe, die nötig ist, um Bodenmessungen, ökologische Theorie und Satellitenüberwachung zu verbinden – und hilft der Gesellschaft, Wälder in einer sich rasch wandelnden Welt zu bewirtschaften und zu schützen.

Zitation: Maeda, E.E., Brede, B., Calders, K. et al. Expanding forest research with terrestrial LiDAR technology. Nat Commun 16, 8853 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63946-6

Schlüsselwörter: terrestrische LiDAR, Waldstruktur, digitale Wälder, Waldstörung, Kohlenstoffspeicherung