Laser statt Wanderschuhe: In Schottlands Highlands wächst der Wald zurück

Wer heute durch die schottischen Highlands wandert, sieht vor allem offenes Land: weite Hänge mit Heide, Moore und Grasflächen, und nur gelegentlich einen Fleck Wald. Diese Offenheit wirkt natürlich, ist aber das Ergebnis einer jahrhundertelangen Geschichte. Dabei waren diese Hügel einst reich an Kiefern- und Laubwäldern.

Vor rund fünftausend Jahren, um das Jahr 3000 vor Christus, stand Wald auf der Hälfte bis zu vier Fünfteln der Landesfläche Schottlands. Dann begannen Jahrhunderte der Umwandlung: Menschen rodeten das Land für die Landwirtschaft, fällten die Bäume und beweideten die Flächen anschließend mit ihrem Vieh. Später kamen ausgedehnte Jagdgüter hinzu. Vom einstigen einheimischen Wald blieb so nur noch ein kleiner Rest übrig: gerade einmal vier Prozent. Besonders drastisch trifft es die Kiefernwälder: Sie bedecken heute nur noch etwa ein Prozent ihres früheren Verbreitungsgebiets.

Der Druck auf den Wald ist damit nicht vorbei: Zwar weiden in vielen Gebieten Schottlands heute weniger Vieh als früher, doch die Bäume haben es seither mit stetig wachsenden Hirschzahlen zu tun. Rothirsche und Rehe gehören von Natur aus in Schottlands Landschaft, doch weil Beutegreifer fehlen und das Land über Jahrhunderte anders genutzt wurde, sind ihre Bestände vielerorts höher, als der Wald verkraften kann. Bei hohen Hirschzahlen fressen die Tiere junge Bäume so stark ab, dass diese kaum in die Höhe wachsen können. Erhebungen zufolge hatte ein Drittel der einheimischen Wälder Schottlands gar keinen Baumnachwuchs mehr.

Die Wiederherstellung der einheimischen Wälder gilt heute deshalb als vorrangige Aufgabe für Naturschutz und Gesellschaft – und als wichtiger Baustein im Kampf gegen die Klima- und Biodiversitätskrise. Dass sich das Blatt trotzdem wenden kann, zeigt sich in den Cairngorms, einem Gebirge in den schottischen Highlands: Millionen junger Bäume haben sich dort auf natürliche Weise angesiedelt. Wie es dazu kam und welche Rolle die Hirsche dabei spielen, ist das Thema dieses Artikels.

Wie findet man heraus, ob — und vor allem wo — in den weiten schottischen Highlands neuer Wald wächst? Wer diese Frage am Boden beantworten will, braucht Personal und Zeit: Hunderte Stunden Arbeit von Mitarbeitern und Freiwilligen stecken in Kartierungen, bei denen Flächen zu Fuß abgesucht werden. Eine neue Studie hat das Gebiet deshalb aus der Luft vermessen.

Die Daten stammen von einem Leichtflugzeug, das in 600 Metern Höhe über das Gebiet flog. An Bord schießt ein LiDAR-Gerät Laserstrahlen mit hoher Frequenz Richtung Boden. Trifft ein Strahl einen Baum oder eine andere Oberfläche, wird er zurückgeworfen. Für jeden einzelnen Lichtpuls wird gemessen, wie lange der Rückweg zum Flugzeug dauert. Das Prinzip kennen Wanderer vom Echo an einer Felswand: Schall braucht umso länger zurück, je weiter der Fels entfernt liegt. Beim LiDAR gilt dasselbe mit Licht — je länger ein Strahl unterwegs war, desto weiter entfernt liegt der Punkt, den er getroffen hat.

So entsteht aus unzähligen Einzelmessungen ein dreidimensionales Bild der Landschaft — mit weit mehr Detail, als Vermessungen am Boden je liefern könnten. Wie dicht dieses Netz ist, zeigt eine Zahl: Im Schnitt kommen 22 Messpunkte auf jeden Quadratmeter Boden.

Vermessen wurde damit eine 569 Quadratkilometer große Fläche über der Naturschutzpartnerschaft Cairngorms Connect — der größten zusammenhängenden Restaurationspartnerschaft im Vereinigten Königreich. Die Partnerschaft arbeitet mit der Universität Cambridge zusammen und erprobt, natürliche Verjüngung auch per Drohne und LiDAR zu überwachen; ihre knappe Beschreibung: kleine Flugzeuge, die mit Lasern ein vollständiges Bild der Bodenschicht aufbauen. Zuvor war LiDAR für die Kartierung junger Bäume nur in Pilotprojekten erprobt — die neue Studie zeigt, dass sich damit Millionen Bäume dreidimensional erfassen lassen. Kontrollmessungen am Boden bestätigten die Genauigkeit der Ergebnisse. In den fertigen Karten wird so jeder einzelne Baum als eigenes Objekt erkennbar — samt seiner exakten Höhe.

Die zentrale Frage der Untersuchung klingt einfach: Kommt in den Highlands wirklich neuer Wald auf, oder bleibt es bei ein paar verstreuten Bäumchen? Die Karten geben darauf eine Antwort, die sich sehen lassen kann.

In dem 569 Quadratkilometer großen Untersuchungsgebiet kartierte das Verfahren insgesamt 6,17 Millionen einzelne Bäume — jeder einzelne davon erfasst, samt seiner genauen Höhe. Ein großer Teil davon ist Nachwuchs: 2,65 Millionen der Bäume — mehr als vier von zehn — sind junge, nachwachsende Bäume unter fünf Metern Höhe. Sogar in der Höhenstatistik zeigt sich das Nebeneinander zweier Baumgenerationen: Die Verteilung hat zwei Gipfel, einen bei den niedrigen Höhen der jungen Bäume und einen bei rund 20 Metern, der typischen Kronenhöhe des erwachsenen Waldes.

Noch aufschlussreicher als die reine Baumzahl ist die Frage, wie weit der Nachwuchs schon vorgedrungen ist — und wie dicht er bereits steht. Auf nahezu der Hälfte der Flächen außerhalb bestehender Wälder wächst mindestens ein junger Baum: In 47,2 Prozent der waldfreien Rasterzellen von 50 mal 50 Metern wurde Nachwuchs entdeckt.

Und auf Tausenden Hektar ist aus den Pionieren bereits richtiger junger Wald geworden: Rund 5235 Hektar ehemals offenes Land tragen mehr als 100 junge Bäume pro Hektar, allein 1984 Hektar sogar mehr als 400. Als junger Wald gilt eine Fläche dabei schon, wenn mehr als 100 Bäume pro Hektar darauf wachsen.

Die meisten dieser jungen Bäume siedeln sich dort an, wo Samen am ehesten landen — in der Nähe bestehender Waldränder. Manche Pioniere stehen aber schon beeindruckend weit draußen: Einige neue Bäume wachsen über einen halben Kilometer vom nächsten Waldrand entfernt. Dieser Wald ist überwiegend auf natürliche Weise entstanden — ohne Zäune und ohne großes Pflanzen. Junge Bäume erobern dabei Gebiete zurück, in denen seit Jahrhunderten keine Wälder mehr standen.

Das ist eine ganze Menge für ein Land, in dem vom ursprünglichen einheimischen Wald nur noch 4 Prozent übrig sind. Wohin wächst dieser junge Wald als Nächstes?

Wo wird der Wald als Nächstes wachsen? Aus ihren Vermessungsdaten bauten die Forschenden dafür ein statistisches Modell, das zeigen soll, welche Faktoren das Aufkommen junger Bäume fördern und welche es hemmen.

Doch der Datensatz brachte eine Eigenheit mit. Auf sehr vielen der vermessenen Flächen stand nicht ein einziger junger Baum. Weil so viele Flächen leer ausfielen, wählten die Forschenden ein sogenanntes Hurdle-Modell — „Hurdle“ ist das englische Wort für Hürde. Das Modell teilt die Vorhersage in zwei Schritte: Der erste Schritt beantwortet die Frage, ob auf einer Fläche überhaupt junge Bäume wachsen. Erst wenn diese Hürde genommen ist, greift der zweite Schritt und schätzt, wie viele Bäume dort stehen.

Für das Modell wurde das Gelände in ein Raster aus Zellen von je 50 mal 50 Metern zerlegt. In jede waldfreie Zelle flossen sechs Umgebungsvariablen ein: die Zahl junger Bäume, der Lebensraumtyp, die Entfernung zum Waldrand, die mittlere Höhenlage, die durchschnittliche Windgeschwindigkeit und die Hangneigung. Insgesamt passte das Modell gut zu den beobachteten Daten und lieferte realistische Vorhersagen.

Welche dieser Variablen wirkt nun am stärksten? Die klare Antwort ist der Abstand zum nächsten Wald — er erwies sich als der stärkste Einflussfaktor darauf, wie dicht junger Wald nachwächst. Je weiter eine Fläche vom Waldrand entfernt lag, desto weniger junge Bäume gab es dort. Hinter diesem Muster stehen vor allem die Samen, denn Kiefernsamen fliegen typischerweise nur bis zu 175 Meter weit. Einzelne Samen reisen allerdings auch mehrere Kilometer, wenn Tiere sie verschleppen. Deshalb begrenzt das Vorhandensein von Samenquellen eine schnelle Waldausbreitung erheblich. Tatsächlich wachsen die meisten jungen Bäume nahe an den Rändern bestehender Wälder, wo die Samen am ehesten zu Boden gehen. Vereinzelt entdeckte das Team junge Bäume aber auch in mehr als einem halben Kilometer Entfernung vom Waldrand.

Die Daten fließen darüber hinaus in ein größeres Projekt der Universität Cambridge mit dem Namen Tessera. Tessera ist ein KI-Modell, das Muster aus Daten von Satelliten der europäischen Weltraumorganisation ESA gelernt hat. Damit sollen künftig auch Nicht-Fachleute mit Satellitendaten nachvollziehen können, wie sich Wälder über die Zeit verändern.

Wie verlässlich ist ein Waldblick aus der Luft eigentlich? Diese Frage stellen sich gründliche Forschende am liebsten selbst — und so berichtet auch das Team hinter der Studie offen von Schwierigkeiten, die allerkleinsten Bäume zu entdecken und voneinander abzugrenzen.

Die auffälligste Grenze liegt bei den Jüngsten: Unter einer Höhe von etwa 1,4 Metern wurden Bäume meist gar nicht mehr erkannt. Warum, ist gut nachvollziehbar: Weil die jungen Bäume so klein sind, können die Laserpulse ihren Wipfel schlicht verfehlen — und was nicht getroffen wird, taucht auch nicht in den Daten auf. Schon eine frühere Arbeit mit flugzeuggestützten Laserdaten zeigte, dass die Entdeckungsquote mit der Baumgröße steigt.

Die zweite Schwäche ist subtiler. Die Hauptschwierigkeit liegt darin, junge Bäume von Sträuchern gleicher Höhe zu unterscheiden. Heidekraut kann in den untersuchten Kiefernwäldern und Heiden über 1,1 Meter hoch werden. Ragen die Wipfel nicht höher als das sie umgebende Strauchwerk, bleiben sie unentdeckt. Auch Verwechslungen kamen vor: So wurden etwa Farngewächse als Baumkronen fehlklassifiziert.

Der dritte Vorbehalt betrifft das Zählen. Der Algorithmus erkennt Gruppen von Bäumen, keine einzelnen Stämme; um auf die Stammzahl zu schließen, ist weiterhin ein Korrekturfaktor nötig. Der Grund: Manche Bäume bleiben im Datensatz verdeckt oder verschmelzen mit ihren Nachbarn zu einem einzigen. Offen bleibt außerdem, wie zuverlässig die Methode bei geringerer Punktdichte, anderen Flughöhen oder anderen Laser-Fußabdrücken arbeiten würde.

Trotz alledem ersetzt die fliegende Vermessung die Feldarbeit nicht: Weil sich LiDAR-Aufnahmen von Befliegung zu Befliegung unterscheiden, bleiben Feldkontrollen auch künftig notwendig. Immerhin hält das Team seinen Ansatz für so brauchbar, dass er hunderte Stunden Geländearbeit ergänzen oder teilweise ersetzen könnte.

Und noch eine Erfahrung aus der Fernerkundung passt hierher: Landkarten, die aus Satellitenbildern abgeleitet werden, enthalten grundsätzlich immer Fehler. Am Ende ist die Laserkarte wie jedes gute Werkzeug: enorm nützlich — und nur so gut wie das Wissen um ihre blinden Flecken.

Was aber geschieht mit diesen Karten, sobald die Vermessung abgeschlossen ist?

Die Antwort der Studie ist unmittelbar praktisch: Restaurationsprojekte sollen die neuen LiDAR-Verfahren nutzen, um junge Bäume zu kartieren, zu prüfen, ob die gesetzten Ziele erreicht sind, und weitere Maßnahmen zu planen. Der Mitautor Aland Chan spricht von einem Durchbruch für das Monitoring von Naturrestaurierung im Landschaftsmaßstab.

Ein Blick auf die Zahlen zeigt, wie viel natürliche Verjüngung bereits leistet: Auf ehemals offenem Land im Gebiet von Cairngorms Connect wächst auf mehr als 5235 Hektar junger Wald. Dort übersteigt die Dichte junger Bäume 100 Bäume je Hektar, auf 1984 Hektar sogar den Wert von 400. Diese Flächen erfüllen damit die staatlichen Schwellenwerte, die gelten, wenn neuer Wald durch natürliche Verjüngung entstehen soll. Entstanden ist dieser Wald überwiegend von selbst, gepflanzt wurde nur dort, wo keine natürlichen Samenquellen verfügbar waren. Das schottische Ziel, jährlich 3000 bis 5000 Hektar neuen heimischen Wald zu schaffen, lässt sich auf diese Weise erheblich mittragen.

Die Politik reagiert: Die schottische Regierung plant einen neuen LiDAR-Scan, der das ganze Land abdecken soll. Das Forschungsteam hofft, dass die Methode künftig auch im übrigen Vereinigten Königreich beim Monitoring der Naturerholung zum Einsatz kommt. Lückenlose Karten haben zudem einen stillen Vorteil: Sie entdecken junge Pionierbäume selbst in entlegenen Gebieten, die bei teuren Geländebegehungen bislang oft unentdeckt blieben. In der Praxis wird das bereits erprobt: Cairngorms Connect testet gemeinsam mit der Universität Cambridge, die natürliche Verjüngung mithilfe von Drohnen und LiDAR zu überwachen.

Eine verlässliche Messlatte existiert ohnehin: Schon von 2006 bis 2013 hatte die Native Woodland Survey of Scotland im Gelände einen landesweiten Ausgangszustand erhoben, an dem sich künftige Veränderungen messen lassen. So schließt sich der Kreis: Aus Messdaten werden Karten, aus Karten wird Wissen — und aus Wissen kann Wald werden, Hektar für Hektar, sichtbar gemacht.