KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen

Die Ausgangssituation: Was ist die ökologische Herausforderung?

Die Bodenfauna ist für den Ökosystemprozess des Bodens von wesentlicher Bedeutung und spielt eine wichtige Rolle im Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf. Aktuell gibt es jedoch noch wenig Kenntnisse über ihre Rolle bei der Abschwächung oder Freisetzung von Treibhausgasen (THG) aus dem Boden. Die auf der Bodenfauna basierende Forschung ist derzeit durch traditionelle Methoden wie die visuelle Bestimmung von Einzelbodenproben unter dem Mikroskop begrenzt, erfordert Spezialwissen und ist zeitaufwendig. Die besser automatisierbare Laboranalyse von Bodenproben auf darin enthaltene DNA ist hingegen teuer und auch führt hinsichtlich Artenspektrum und Biomasse der Organismen noch zu unsicheren Ergebnissen. BoTiKI strebt hier methodische Synergien mit Hilfe der Künstlicher Intelligenz (KI) an.

Die Idee: Welchen Beitrag kann KI konkret leisten?

Im Rahmen des Leuchtturmprojektes BoTiKI wird ein technisch effizientes und kostensparendes KI-basiertes System entwickelt, das Computer-Vision und Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung kombiniert, um die biodiverse Mikro- und Mesofauna des Bodens (< 5 mm) in innovativer Weise zu untersuchen und zu beschreiben. 
Basierend auf diesem System wird eine umfangreiche ökologische Feldstudie durchgeführt, um zu verstehen, wie sich die biologische Vielfalt der Bodenfauna auf die THG auswirkt. Aus diesen Felddaten lernt ein KI-Modell, die wechselseitigen Beziehungen zwischen der Bodenfauna und den THG-Flüssen zwischen Atmosphäre und Boden abzubilden. Dieses KI-Modell wird zur Prognose der Auswirkungen von Bodenverschlechterung oder -wiederherstellung auf die THG-Emissionen gezielt weiterentwickelt. KI-Modelle, Hardware und Umweltdaten werden von der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung sowie der Hochschule Zittau/Görlitz bereitgestellt

Der Ausblick: Welchen Leuchtturmcharakter hat das Projekt?

BoTiKI und das Vorhersagemodell werden eine künftige Diagnose der Bodengesundheit ermöglichen und Lösungen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen durch verbesserte Landbewirtschaftungspraktiken aufzeigen. BoTiKI ist ein Open-Source- und Open-Data-Projekt, das zu einem wertvollen Instrumentarium für die großflächige Verbesserung der Bodengesundheit durch entsprechende Schutz- und Bewirtschaftungsmaßnahmen werden kann.