Gemeinsam mit dem Verbund FraxPath werden die Boniturschlüssel für Eschen für die Sommer- und Winterbonitur erarbeitet. Mit diesen Schlüsseln werden verbundweit alle Eschen der Untersuchungsflächen entsprechend bewertet. Jeweils in den Monaten Juli/August der Jahre 2020-2022 werden von jeder Fläche 20-30 Alteschen unterschiedlicher Vitalität durch Baumsteiger beprobt und Blatt- und Triebmaterial entnommen. Gleichzeitig werden geringe Mengen an Holzproben aus den Wurzelanläufen im Bereich möglicher Stammfußnekrosen gewonnen. Im Biomarker-Labor des LFE werden die Proben hinsichtlich diverser Inhaltsstoffe (Chlorophylle, Carotinoide, Kohlenhydrate, Proteine, Aminosäurespektrum, Ascorbat, div. phenolische Inhaltsstoffe u. a.) untersucht. Aus den Analysedaten werden über multivariate statistische Verfahren u. a. Biomarkermuster erstellt, die spezifische Vitalitäts- und Befallszustände von Eschen repräsentieren.

Auf der Einzelbaumebene werden phänologische, physiologische und biochemische Parameter untersucht, die die Grundlage für die Vitalitätsbewertung und ggf. für eine Frühindikation der Befallsdisposition, d. h. Anfälligkeit, von Eschen bilden. Im Ergebnis sollen Zusammenhänge zwischen dem physiologischen Zustand von Eschen, dem Pathogenbefall und den standörtlichen Bedingungen der Einzelbäume und dem jeweiligen Genotyp (FraxGen) abgleitet werden.

Die Phänotypisierung der Eschen der Untersuchungsflächen auf Einzelbaumebene steht auf mehreren Dimensionen in Beziehung zu anderen Teilprojekten. Innerhalb des Forschungsverbundes FraxMon bilden Ergebnisse der Biomarker gemeinsam mit den histologischen Holzuntersuchungen (Teilprojekt 7) und den Blattuntersuchungen (Teilprojekt 8) die Grundlage für die Bewertung des Vitalitätszustandes von Eschen. Gleichzeitig sollen Zusammenhänge zwischen den biochemischen Blattinhaltsstoffen und spektralen Daten aus verschiedenen Wellenlängenbereiche der Fernerkundung untersucht werden (Teilprojekte 2 und 3 sowie Teilprojekt 4). Hieraus sollen Empfehlungen zur Optimierung der Vitalitätsbewertung der Esche abgeleitet werden. Die Phänotypisierung der Eschen ist gleichzeitig eine Grundlage für die Selektion von potenziellen Plusbäumen für den Projektverbund FraxGen.

• Erlangung neuer Erkenntnisse zur Prädisposition von Eschenbeständen gegenüber biotischen Schaderregern und der Dynamik des Schadverlaufes
• Vorhersage von Absterbeerscheinungen der Eschen, Gefahrenabwehr für Menschen im Wald durch rasch fortschreitende Zersetzung des Holzes; Förderung der Kompetenz in der Risikobewertung, Methodik der Gehölzdiagnostik
• Erstellen von Informationsmaterial zum Erkennen von Schadsymptomen von Eschen; vereinfachter Zugang zu Informationen über die webbasierte Datenbank
• Beitrag zur Entscheidungsfindung zum weiteren Anbau von Eschen; Bewertung der Auswirkungen des ETS auf Saatguternte und Forstbaumschulen; Beratungsleistungen für Waldbesitzende und Holzindustrie
• Erweiterung des forstlichen Umweltmonitorings (WZE, Level 2) hinsichtlich Beobachtungsflächen, Baumarten und Methoden (Fernerkundung, Biomarker); Identifikation von Zusammenhängen zwischen Baumvitalität-Standort-Waldstrukturen-genetischer Struktur; Verstetigung der Ergebnisse durch Überführung der Methoden aus der Projektphase in die Ressortaufgabe der forstlichen Umweltkontrolle (z. B. Level 2)
• Stärkung der Kooperation zwischen Ressortforschungseinrichtungen, Universitäten, außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Praxispartnern; Ausbildung von Studierenden
• Bereitstellung von Instrumenten und Knowhow für künftige Entwicklungen (andere Pathogene und/oder Wirte); Grundlage für Folgeprojekte in den Bereichen Fernerkundung, Ökophysiologie, Landschaftsökologie und forstliches Risikomanagement

Mit der Entwicklung eines fernerkundungsbasierten Modellierungsverfahrens zu Erfassung von Eschenvorkommen sowie darauf aufsetzender luftbildbasierter Schadinventur leisten die beiden Teilprojekte einen wichtigen Beitrag zu einem hierarchisch aufgebauten Monitoringnetz für die Überwachung des Eschentriebsterbens. Es werden Methoden und Verfahren bereitgestellt, die mit Hilfe der Fernerkundung (1) Informationen über die räumliche Verteilung von Eschenbeständen in Deutschland liefern sowie (2) eine objektivierte Einschätzung der räumlichen und zeitlichen Dynamik der Ausbreitung des Eschentriebsterbens ermöglichen.
Die luftbildbasierte Schaderfassung auf den Untersuchungsflächen (IBF) ermöglicht den Vergleich mit den Ergebnissen der terrestrischen Aufnahmen. Die Verknüpfung beider Methoden zur komplementären Erfassung der Schadmerkmale ist ein übergeordnetes Ergebnis von FraxMon. Zudem leistet die Analyse der auf historischen und aktuellen Luftbildern basierten Zeitreihen im Zusammenhang mit der räumlichen und standörtlichen Verteilung des Eschentriebsterbens einen Beitrag zur Erkennung räumlicher und zeitlicher Muster der Befallsdynamik und ergänzt die Ergebnisse der terrestrischen Untersuchungen.
Die entwickelten Methoden und Verfahren können an andere Baumarten angepasst werden und leisten somit einen Beitrag zur Erweiterung des forstlichen Umweltmonitorings.

Die Standorts-Feinkartierung auf den verbundweiten Intensivbeobachtungsflächen versteht sich in erster Linie als Dienstleistung für den Gesamtverbund. Damit wird einerseits die Homogenität der einzelnen Flächen überprüft und andererseits ein breites Portfolio an standortsbeschreibenden Daten zur Verfügung gestellt, auf das alle anderen Teilvorhaben zugreifen können. Damit können Ergebnisse auf Basis standörtlicher Unterschiede analysiert und interpretiert werden.

Der Zusammenhang zwischen Standort und Schadbild – sowohl in den Kronen, als auch bezüglich der Stammfußnekrosen – ist von entscheidender Bedeutung, wenn es um die Frage geht, ob und vor allem wo Eschenanbau und –erhalt Sinn ergibt. Beispielsweise haben Beobachtungen in der forstlichen Praxis und bei Voruntersuchungen nahegelegt, dass vor allem vernässte Standorte und Böden mit stark schwankenden Grund- oder Stauwasserständen die Entstehung von Stammfußnekrosen begünstigen.

Das Fraunhofer IFF setzt für das Monitoring des Gesundheitszustands von Bäumen und Waldflächen auf Hyperspektralmesstechnik. Die so erzeugten Aufnahmen und ihre Auswertung mit Methoden des maschinellen Lernens könnten Auskunft über die Vitalität von Einzelbäumen und in Verbindung mit terrestrisch und im klassischen Luftbild erhobenen Referenzdaten ggf. sogar zu Ursachen einer Schwächung geben, z. B. den Befall mit dem Pilz Falsches Weißes Eschenstängelbecherchen (Hymenoscyphus fraxineus), der das Eschentriebsterben verursacht. Dabei könnten die pflanzenphysiologischen Untersuchungen anderer Teilprojekte wertvolle Hinweise liefern, die in die Interpretation von hyperspektralen Befunden eingehen.
In dem Teilvorhaben „Weiterentwicklung der Erfassung der Eschenvitalität auf Basis von Hyperspektralaufnahmen“ werden

• Befliegungen ausgewählter Flächen zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt,
• die Hyperspektralaufnahmen geometrisch und radiometrisch korrigiert,
• Indices zur Erfassung der Esche und deren Vitalität mit Methoden des maschinellen Lernens und statistischer Datenanalyse abgeleitet.

Durch die weitere Entwicklung hin zu praxisrelevanten Verfahren zur Vitalitätsdiagnostik mit unterschiedlichen Verfahren einschließlich der Fernerkundung im Rahmen des Verbundes FraxMon werden zuständigen forstlichen Institutionen perspektivisch Instrumente an die Hand gegeben, um das Monitoring des Eschentriebsterbens durchzuführen. Die Methodik zur Verknüpfung von terrestrisch erhobenen Referenzdaten mit den spektralen Signaturen der Bäume aus dem Hyperspektralbild kann neben dem Eschentriebsterben auch bei anderen neu auftretenden Pathogenen in der Forstwirtschaft zielgerichtet eingesetzt werden.
Die Hyperspektralaufnahmen und die Relevanzbewertung der verschiedenen Wellenlängenbereiche aus dem Teilprojekt bilden eine mögliche Grundlage zur flächenhaften Vitalitätserfassung der Eschenbestände in Deutschland auf Basis der mit terrestrischen Verfahren erhobenen Referenzdaten.

Das FFK - Gotha übernimmt die Erfassung terrestrischer Parameter für die Kalibrierung der Fernerkundungsindices als Grundlage für die Bewertung der Vitalität der Eschen mit Methoden des maschinellen Lernens und statistischer Datenanalyse. Dies erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IFF (Teilprojekt 4).

Auf der anderen Seiten ist das FFK - Gotha zuständig für die Installation, die Betreuung, die Datenerhebung und die Datenauswertung für zwei Untersuchungsflächen (IBF) in Thüringen.

• Darstellung des Vitalitätszustandes der Eschenvorkommen in Bezug zu Luftbildinterpretationen
• Dokumentation der räumlichen und zeitlichen Dynamik des Schadverlaufes
• Erhebung einzelbaumbasierter Daten zu Wachstum, Vitalität, Phänologie und stressphysiologischen Zuständen
• Enge Vernetzung mit aerial erhobenen Informationen zur Vitalität der Eschen (Ground Truth)
• Entwicklung von praxisrelevanten Verfahren zur Vitalitätsdiagnostik mit unterschiedlichen Verfahren einschließlich der Fernerkundung (aufbereitete Luftbilddaten)
• Eingerichtete Dauerbeobachtungsflächen bleiben auch nach Projektende bestehen und können für weitere Forschungs- und Monitoringaufgaben verwendet werden
• Flächen stehen für Exkursionen zur Verfügung

Für die meisten Baumarten in Deutschland, vor allem für die Hauptbaumarten Eiche, Buche, Fichte und Kiefer gibt es schon seit Jahrzehnten Vitalitätsschlüssel zur Luftbildauswertung. Für die Esche ist bisher solch ein Schlüssel nicht vorhanden. Dieser Schlüssel wird somit die noch vorhandene Lücke schließen und künftigen Luftbildauswertungen auch außerhalb von FraxForFuture die Möglichkeit bieten, die Vitalität von Eschen anzusprechen. Luftbildauswertungen ermöglichen Forstverwaltungen, Förster:innen und Waldbesitzenden einen schnellen und großflächigen Überblick. Je präziser die Luftbildaufnahmen, aber auch die Auswertmöglichkeiten sind, desto genauer kann eingeschätzt werden, wie es um unseren Wald steht.

Es soll festgestellt werden, ob es spezifische Strukturen im Spross gibt, die eine erfolgreiche Verteidigungsstrategie gegen den Schaderreger unterstützen.

• Die Ergebnisse sollen zeigen, ob sich den Abwehrmechanismen des Baums gegebenenfalls holzanatomische Besonderheiten zuweisen lassen
• Die Vitalitätsdiagnostik und Prädisposition gegenüber Hymenoscyphus fraxineus wird somit durch Informationen über den Reaktionsraum Spross erweitert

Allgemein:

• Deutschlandweite Bewertung des Befallsdrucks
• Entwicklung von Indikatoren, welche Rückschlüsse auf die Anfälligkeit gegenüber dem Eschtriebsterben zulassen
• Generierung von Grundlagenwissen zu Resistenzbeurteilung
• Ergebnisse des Teilprojekts führen zu konkreten Handlungsempfehlungen für die Generhaltung und für die Forstpraxis im Umgang mit geschädigten Beständen
• Anfertigung eines Registers mit Bäumen, die aufgrund der Indikatoren als vital eingestuft werden
• Beitrag zur Synthese: Risikobewertung der Baumart Esche in Abhängigkeit von pflanzenphysiologischen und standörtlichen Bedingungen; die Daten stehen nach Projektende zur langfristigen Beobachtung und ggf. zum Aufbau einer Samenplantage zur Verfügung.

Wissenschaftlicher Nutzen:

• Erlangung neuartiger Erkenntnisse zur Eignung von Resistenzindikatoren
• Identifikation von Einflussfaktoren auf den Befallsdruck
• Ausbildung von Studierenden/Doktoranden
• Förderung der Kompetenz in der Blattphysiologie
• Mitwirkung bei der Identifikation von Zusammenhängen zwischen Baumvitalität-Standort-Waldstrukturen-genetischer Struktur
• Stärkung der Kooperation zwischen Ressortforschungseinrichtungen und Praxispartnern

Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit:

• Instrumente und Knowhow für künftige Entwicklungen (andere Pathogene und/oder Wirte)
• Folgeprojekte in den Bereichen Ökophysiologie / Landschaftsökologie
• Weitere Verwertung der Ergebnisse in angrenzenden Wissensgebieten wie der Aerobiologie