Einsatz von DJI-Fotodrohnen zum Schutz des Monarchfalters

Das Winterquartier des Monarchfalters ist bedroht. Jetzt helfen Drohnen  den Naturschützer:innen, Daten zu sammeln, um die Ursachen zu ermitteln.
Die jährliche Wanderung des Monarchfalters ist eines der faszinierendsten Naturphänomene der Welt und mit einer Länge von mehr als 4.000 km eine der längsten und größten in der Insektenwelt.

Um die Gefährdung der Wanderung zu mindern haben sich die Staaten von Kanada, den USA und Mexiko zu einer internationalen Zusammenarbeit zusammengeschlossen, um die Route der Monarchen von der Region der Großen Seen im Süden Kanadas über die zentral-westlichen Ebenen der Vereinigten Staaten bis nach Michoacán in Zentralmexiko zu erforschen und zu schützen.

 

 

Durch die Störung dieser Wanderung die Brutgebiete des Monarchen infolge von Umweltveränderungen, Lebensraumzerstörung und Abholzung, sind die wunderschönen Schmetterlinge vom Aussterben bedroht.

Aus diesem Grund sucht der Fonds zur Erhaltung der neovolkischen Achse (FOCEN), eine Organisation, die sich für die Erhaltung der Lebensräume und Wälder einsetzt, in denen die Monarchen überwintern, nach allen Mitteln, um dieses Phänomen zu schützen und zu unterstützen. Im Rahmen einer Partnerschaft mit Cielito Drone und DJI Enterprise setzt die Organisation Drohnen ein, um wichtige forstwirtschaftliche Daten zu sammeln und so diese wichtigen Lebensräume zu erhalten.

Die Wanderung und der Lebenszyklus der Monarchen

Der Lebenszyklus eines Monarchfalters dauert normalerweise einen Monat, aber die „Methusalem-Generation“, die Mitte August auftaucht, ist anders. Diese Generation verzögert ihre Fortpflanzungszeit und kann bis zu neun Monate lang leben, was es ihr ermöglicht, zwei Monate lang nach Süden zu reisen, fünf Monate in Mexiko zu verbringen und dann nach Norden zurückzukehren. Diese Schmetterlinge waren noch nie an dem Ort, an dem sie jedes Jahr in Mexiko überwintern, sondern lassen sich von einem einzigartigen Radar innerhalb ihrer Art leiten.

 

 

Wichtige Unterstützer des Ökosystems

Während ihres gesamten Lebens spielen die Monarchfalter eine entscheidende Rolle im Ökosystem. Als Pflanzenfresser ernähren sie sich in der Anfangsphase ihres Lebens von Milchkrautpflanzen, und als wichtige Bestäuber ernähren sie sich im Erwachsenenalter von Blütennektar. Während ihrer Wanderungen fördern sie die genetische Vielfalt der Blütenpflanzen und tragen durch den Transport von Pollen, die an ihren Körpern haften, zur menschlichen Ernährungssicherheit in ganz Nordamerika bei.

Milkweed-Pflanzen sind für den Monarchfalter unverzichtbar, da sie ihm während der Brutzeit als Eiablageplatz dienen. Insgesamt legt jedes Weibchen bis zu 400 Eier, aus denen nach acht Tagen die Raupen mit den charakteristischen schwarzen, weißen und gelben Streifen schlüpfen. Die Raupen fressen Milchkrautblätter, durchlaufen eine Metamorphose und schlüpfen nach zwei Wochen als erwachsene Schmetterlinge.

 

Die Oyamel-Tanne und der gefährdete Status des Monarchen

Der Monarchfalter wird derzeit von der International Union for Conservation of Nature (IUCN), der größten Informationsquelle über den Gefährdungsstatus der weltweiten Artenvielfalt, als gefährdet eingestuft. Grund dafür ist ein erheblicher Rückgang der Population um bis zu 72 % in den letzten zehn Jahren.

Der Rückgang des Monarchfalters wird auf zwei Hauptursachen zurückgeführt:

• Übermäßiger Einsatz von Pestiziden und Herbiziden, die sowohl die Schmetterlinge als auch ihren Lebensraum Milchkraut abtöten
  Illegale Abholzung und Entwaldung der Waldgebiete in Mexiko, die dem Monarch als Winterquartier dienen
• Zusätzlich zu den direkten anthropogenen Aktivitäten hat der Klimawandel zu einem Rückgang der Niederschläge und einem Anstieg der Temperaturen geführt, wodurch die Waldarten geschwächt und anfälliger für Schädlinge und Krankheiten wie z. B. rindenablösende Insekten werden.
• Insbesondere die Oyamel-Tanne, der bevorzugte Baum für den Winterschlaf der Monarchen, ist von einem mysteriösen Phänomen bedroht, das dazu führt, dass der Baum weiß wird, sein Laub verliert und abstirbt. Wenn diese Bäume weiterhin verschwinden und keine Maßnahmen zum Schutz dieses wichtigen Lebensraums ergriffen werden, könnte das Phänomen der Monarchfalterwanderung für immer verloren sein.

 

Monarchfalter-Biosphärenreservat in Mexiko

Die Wälder von Oyamel wurden zum Monarchfalter-Biosphärenreservat erklärt und von der UNESCO zum Weltnaturerbe erklärt. Die Ejidos und Gemeinden, die Regierungsbehörden und die Zivilgesellschaft arbeiten gemeinsam daran, die für die Ankunft der Monarchfalter vorgesehenen Gebiete zu schützen. Sie haben eine ständige Überwachung des Gesundheitszustands der Bäume in den Überwinterungsgebieten eingeführt, um deren Erhalt zu gewährleisten.

Grenzen traditioneller Schutztechniken

Im Monarchfalter-Biosphärenreservat werden seit seiner Gründung herkömmliche Waldüberwachungsmethoden eingesetzt. Dabei müssen Ejidatarios und Gemeindemitglieder lange Strecken zu Fuß zurücklegen, um Veränderungen an den Bäumen visuell zu erkennen. Diese Methode ist ineffizient und in unwegsamem Gelände sogar gefährlich, und es ist unmöglich, das gesamte Gebiet an einem einzigen Tag zu erfassen.

Die direkte Beobachtung ist auch durch die hohe Dichte der Bäume, die Anzahl der Äste, die Höhe und das menschliche Sehvermögen begrenzt. Da kranke Bäume außerdem von der Spitze der Baumkrone abwärts abzusterben beginnen, ist es schwierig, den Gesundheitszustand dieser majestätischen Bäume zu Fuß zu bestimmen.

Einsatz von Multispektral- und LiDAR-Drohnen zum Schutz des Monarchfalters – Monarchfalter als BestäuberMonarchfalter sind wichtige Bestäuber in den verschiedenen Ökosystemen und Nahrungspflanzen, denen sie auf ihrer Wanderroute durch Kanada, die Vereinigten Staaten und Mexiko begegnen.

Die Oyamel-Tanne und der gefährdete Status des Monarchen
Der Monarchfalter wird derzeit von der International Union for Conservation of Nature (IUCN), der größten Informationsquelle über den Gefährdungsstatus der weltweiten Artenvielfalt, als gefährdet eingestuft. Grund dafür ist ein erheblicher Rückgang der Population um bis zu 72 % in den letzten zehn Jahren.

Der Rückgang des Monarchfalters wird auf zwei Hauptursachen zurückgeführt:

 

• Übermäßiger Einsatz von Pestiziden und Herbiziden, die sowohl die Schmetterlinge als auch ihren Lebensraum Milchkraut abtöten
  Illegale Abholzung und Entwaldung der Waldgebiete in Mexiko, die dem Monarch als Winterquartier dienen
• Zusätzlich zu den direkten anthropogenen Aktivitäten hat der Klimawandel zu einem Rückgang der Niederschläge und einem Anstieg der Temperaturen geführt, wodurch die Waldarten geschwächt und anfälliger für Schädlinge und Krankheiten wie z. B. rindenablösende Insekten werden. Insbesondere die Oyamel-Tanne, der bevorzugte Baum für den Winterschlaf der Monarchen, ist von einem mysteriösen Phänomen bedroht, das dazu führt, dass der Baum weiß wird, sein Laub verliert und abstirbt. Wenn diese Bäume weiterhin verschwinden und keine Maßnahmen zum Schutz dieses wichtigen Lebensraums ergriffen werden, könnte das Phänomen der Monarchfalterwanderung für immer verloren sein.

 

Monarchfalter-Biosphärenreservat in Mexiko
Die Wälder von Oyamel wurden zum Monarchfalter-Biosphärenreservat erklärt und von der UNESCO zum Weltnaturerbe erklärt. Die Ejidos und Gemeinden, die Regierungsbehörden und die Zivilgesellschaft arbeiten gemeinsam daran, die für die Ankunft der Monarchfalter vorgesehenen Gebiete zu schützen. Sie haben eine ständige Überwachung des Gesundheitszustands der Bäume in den Überwinterungsgebieten eingeführt, um deren Erhalt zu gewährleisten.

Grenzen traditioneller Schutztechniken
Im Monarchfalter-Biosphärenreservat werden seit seiner Gründung herkömmliche Waldüberwachungsmethoden eingesetzt. Dabei müssen Ejidatarios und Gemeindemitglieder lange Strecken zu Fuß zurücklegen, um Veränderungen an den Bäumen visuell zu erkennen. Diese Methode ist ineffizient und in unwegsamem Gelände sogar gefährlich, und es ist unmöglich, das gesamte Gebiet an einem einzigen Tag zu erfassen.

Die direkte Beobachtung ist auch durch die hohe Dichte der Bäume, die Anzahl der Äste, die Höhe und das menschliche Sehvermögen begrenzt. Da kranke Bäume außerdem von der Spitze der Baumkrone abwärts abzusterben beginnen, ist es schwierig, den Gesundheitszustand dieser majestätischen Bäume zu Fuß zu bestimmen.

Nach Angaben des Fondo de Conservación del Eje Neovolcánico A.C. unternehmen die Pflanzenschutzüberwachungsteams nur sechs Fahrten pro Jahr zur Früherkennung von Waldschädlingen und -krankheiten in der Kernzone des Biosphärenreservats. Dies reicht nicht aus, um den Wald vor Bedrohungen zu schützen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, ist es dringend erforderlich, die Methoden der Waldüberwachung durch den Einsatz von Drohnen weiterzuentwickeln.

Multispektral- und LiDAR-Drohnen im Einsatz zum Schutz des Monarchfalters – M300 über den Oyamel-TannenMatrice 300 RTK fliegt über dem Biosphärenreservat Monarchfalter

Drohnen für den Naturschutz
Als die International Union for Conservation of Nature (IUCN) das Phänomen des Monarchfalters als gefährdet einstufte, führte DJI Enterprise gemeinsam mit Cielito Drone und den Behörden des Monarchfalter-Biosphärenreservats ein Forschungsprojekt durch, um die Ursachen und den Grad der Schädigung des Ökosystems zu ermitteln, das den Monarchfalter in Mexiko beherbergt.

Drohnen bieten viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden der Waldinventur. Dank des technologischen Fortschritts werden Drohnen immer zugänglicher und einfacher zu steuern, so dass auch Laien unabhängig von der Komplexität des Untersuchungsgebiets sichere und präzise Flugmissionen durchführen können. Durch die Einbeziehung von Drohnen in die Waldüberwachung wird es möglich, ein größeres Gebiet abzudecken, Bilder mit höherer Auflösung zu erhalten und Veränderungen im Gesundheitszustand der Bäume zu erkennen, die mit dem bloßen Auge nur schwer zu erkennen sind.

 

 

Die Stärken des Multispektrums
Mit multispektralen Überwachungsinstrumenten und Sensortechnologien wie LiDAR und photogrammetrischen Kameras ist es möglich, Ökosysteme effizient, schnell und sicher zu analysieren.

Cielito Drone nutzte die Ausrüstung von DJI Enterprise, insbesondere die Mavic 3 Multispectral und die Matrice 300 RTK mit dem LiDAR L1-Sensor, um Flüge in der Kernzone des Reservats durchzuführen.

Die Mavic 3 Multispectral verfügt über 45 Megapixel-Multispektralbänder, darunter Grün, Rot, Rotrand und Nahinfrarot, die es dem Team ermöglichten, durch die Berechnung von Spektralindizes, die bei der Vegetationsüberwachung verwendet werden, Gebiete mit Anzeichen von Waldsterben frühzeitig zu erkennen. Diese Daten waren entscheidend für die Erkennung von abgestorbenen Bäumen, die dringend Sanierungsmaßnahmen erforderten.

Multispektral- und LiDAR-Drohnen im Einsatz zum Schutz des Monarchfalters: M3M DroneMavic 3 Multispectral

Terrain Follow für Höhenunterschiede
Während der Flüge deckten die Drohnen einen Höhenbereich zwischen 2.800 und 3.500 Metern über dem Meeresspiegel ab, was der Verbreitung der Oyamel-Bäume entspricht. Die Terrain-Follow-Funktion der DJI Mavic 3 ermöglichte erfolgreiche Flüge über die Hauptbecken, in denen der Monarchfalter überwintert, und hielt dabei eine konstante Höhe über dem Boden. Dies ermöglichte eine zuverlässige und konsistente Datenerfassung während des gesamten Fluges, trotz des Höhenunterschieds von fast 700 Metern zwischen den niedrigsten und höchsten Gebieten.

Präzisions-LiDAR aus der Luft
Darüber hinaus verwendete das Team eine Matrice 300 RTK, die mit einem Zemuse L1-Sensor (einem LiDAR-Sensor) ausgestattet war, um präzise Messungen der Höhe, des Kronendurchmessers und der Biomasse der Bäume an den Standorten zu erhalten, an denen die Monarchfalter ankommen. Trotz der dichten und komplexen Waldumgebung innerhalb des Reservats boten der M300 und der L1 eine vollständige und benutzerfreundliche Lösung, die in der Lage war, beeindruckende dreidimensionale Modelle der prächtigen Oyamel-Bäume in Echtzeit zu erstellen. Diese Bäume dienen jedes Jahr als Überwinterungsplatz für den Monarchfalter.

Multispektral- und LiDAR-Drohnen im Einsatz zum Schutz des Monarchfalters – M300 + L1Matrice 300 RTK + Zenmuse L1

Mit Drohnendaten gewonnene Einsichten
Diese wertvollen Informationen haben es Cielito Drone in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo ermöglicht, eine Methode zur Identifizierung, Geolokalisierung und Quantifizierung von Oyamel-Bäumen mit Stresssymptomen oder Sterblichkeit zu entwickeln.

 

DJI Terra
Die von den Drohnen gesammelten Daten werden von DJI Terra importiert und verarbeitet. Anschließend hilft eine maßgeschneiderte Lösung bei der Zählung der Bäume und der Meldung des Baumzustands.

Multispektral- und LiDAR-Drohnen im Einsatz zum Schutz des Monarchfalters – DJI Terra-Rekonstruktion

Verbesserte Sicherheit und Effizienz
Durch die Integration von DJI-Technologie in die Überwachungs- und Schutzabläufe ist es möglich, Unfälle und Risiken für die Parkranger zu reduzieren, die ihr Leben dem Schutz dieses Reservats widmen.

Diese Technologie ermöglicht eine multispektrale und hochauflösende Analyse, die Informationen auf der Ebene einzelner Bäume liefert. Mit einem einzigen Flug können etwa 200 Hektar erfasst werden, was eine erhebliche Einsparung an Zeit, Personal und wirtschaftlichen Ressourcen bedeutet. Eine Tour, die früher 6 Tage dauerte, kann nun an einem einzigen Tag durchgeführt werden, was einer Zeitersparnis von 600 % entspricht.

 

 

Bessere Daten und Erkenntnisse
Das Herausragendste ist jedoch, dass auf keine andere Weise derselbe Detaillierungsgrad (auf Ebene der einzelnen Bäume) erreicht werden konnte, und zwar sowohl bei der Messung des Vitalitäts-/Stressgradienten (mit Multispektralbildern) als auch bei der Zählung, Geolokalisierung und Quantifizierung der Biomasse jedes einzelnen dieser wichtigen Bäume, in denen die Schmetterlinge Jahr für Jahr überwintern; dadurch wurde die Effizienz der Überwachung um 1200 % gesteigert.

Ergebnisse der Aktionen
Der Rückgang des Monarchfalters wird auf den übermäßigen Einsatz von Pestiziden und Herbiziden sowie auf die illegale Abholzung und Entwaldung der Waldgebiete in Mexiko zurückgeführt, die den Schmetterlingen als Winterquartier dienen. Der Schutz dieses Lebensraums erfordert Wachsamkeit und Engagement derjenigen, die ihn schützen, doch mit Hilfe von Drohnen ist diese gewaltige Aufgabe zunehmend machbar. Die Gewinnung hochauflösender Luftbilddaten wird es den für die Erhaltung dieser Gebiete zuständigen Behörden ermöglichen, pflanzenschutzrechtliche Entscheidungen für eine rechtzeitige Kontrolle zu treffen und dafür zu sorgen, dass diese Gebiete auch in Zukunft von den Vögeln geschützt werden.