AssSys

Laufzeit:

15.09.2017 - 14.10.2020

Projektleitung:

Julius Kühn-Institut

Ansprechpartner:

Benno Kleinhenz

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Assistenzsystem zur teilflächenspezifischen Applikation von Pflanzenschutzmitteln

Zielsetzung und Hintergrund 

Mithilfe einer teilflächenspezifischen, bedarfsgerechten Pflanzenschutzmittelapplikation lässt sich eine deutliche Reduktion der benötigten Pflanzenschutzmittelmenge in der landwirtschaftlichen Praxis erzielen.

Hierzu wurde in Kooperation von Julius Kühn Institut und Herbert Dammann GmbH bereits der Prototyp eines Feldspritzgerätes entwickelt, der verschiedene Pflanzenschutzmittel unabhängig voneinander teilflächenorientiert zu applizieren vermag. Um die vorhandenen technischen Möglichkeiten jedoch auszuschöpfen, bedarf es einer intelligenten Dateninfrastruktur zur Identifizierung und umfassenden Charakterisierung von Teilflächen. So werden aktuell Prognosen zum Auftreten von Pflanzenkrankheiten beispielsweise nur schlagspezifisch erstellt, obwohl Schaderreger bzw. Pflanzenkrankheiten oftmals ungleichmäßig in Schlägen auftreten (Oerke et al. 2010). Deshalb wurde im Rahmen dieses Projektes von der ZEPP ein Prognosemodell entwickelt, welches exemplarisch die relative Verteilung von Halmbasiskrankheiten in Winterweizen räumlich im Schlag prognostiziert.

Vorarbeiten

Im vorangegangenen iGreen-Teilprojekt „Erweiterung und Integration von Simulations- und Prognosemodellen für biologische Systeme“ wurde bereits der methodische Ansatz zur räumlichen Erfassung und Prognose von Halmbasiskrankheiten entworfen, allerdings ohne ein konkretes Prognosemodell zu entwickeln. Der vorhandene methodische Ansatz wurde im Rahmen dieses Projektes ausgebaut und mithilfe des Prognosemodells in eine konkrete Anwendung überführt.

Umsetzung

Zur Entwicklung des Prognosemodells wurden in den Jahren 2018 - 2020 visuelle Bonituren zur Befallsverteilung der Halmbasiskrankheiten echter Halmbruch, scharfer Augenfleck und Fusarium-Halmbasisverbräunung auf mehreren Praxisschlägen durchgeführt. Um die räumliche Verteilung der zu untersuchenden Krankheiten zu ermitteln, wurden je Schlag circa 150 Boniturpunkte in Form eines Gitternetzes auf den Schlägen angelegt und 20 Halme (2018: 10 Halme) je Boniturpunkt visuell auf das Auftreten der jeweiligen Halmbasiskrankheit hin untersucht. Zudem wurden Befallsdaten aus dem oben genannten Vorgängerprojekt in die Auswertungen integriert.

Um geeignete Quellen zur räumlichen Prognose des jeweiligen Krankheitsbefalls zu finden, wurden je Schlag verschiedene Lage-, Feuchte- und Bestandsparameter erhoben. Zur Ableitung dieser Parameter lagen Drohnen-, Sensor- und Satellitendaten sowie amtliche Geodaten vor. Es konnte festgestellt werden, dass insbesondere die aus einem Digitalen Geländemodell (DGM) ableitbaren Topographic Wetness Index (TWI) sowie relative Geländehöhe schlagübergreifend mit dem relativen Auftreten von Fusarium-Halmbasisverbräunung verbunden waren. Basierend auf dieser Erkenntnis wurde ein Prognosemodell entwickelt, welches das relative Auftreten von Fusarium-Halmbasisverbräunung räumlich im Schlag anhand des TWI oder der Geländehöhe prognostiziert, indem drei Zonen unterschiedlicher Befallsgefährdung ausgewiesen werden. Die Prognosegüte der Ausweisungsergebnisse wurde anhand der erhobenen Befallsdaten als Koinzidenz zwischen prognostizierter Befallsgefährdung und bonitiertem Befallsniveau bestimmt. Diese varriert abhängig von der Datenquelle und der ausgewiesenen Zone zwischen 58 % und 73 %.

Fazit

Das entwickelte Prognosemodell liefert einen vielversprechenden Ansatz für die Umsetzung eines teilflächenspezifischen Pflanzenschutzes in der landwirtschaftlichen Praxis. Aktuell weist das Prognosemodell allerdings keine ausreichende Prognosegüte auf (diese liegt für die Halmbasiskrankheiten Halmbruch und Scharfer Augenfleck mit circa 50 % Prognosegüte nochmals niedriger). Es ist jedoch davon auszugehen, dass mit fortschreitender Entwicklung im Bereich der Sensortechnik (insb. im Bereich der Fernerkundung) zukünftig zeitlich und räumlich höher aufgelöste Daten vorliegen werden, die eine genauere teilflächenspezifische Prognose erlauben.

DOI zur Veröffentlichung im Journal für Kulturpflanzen: https://doi.org/10.5073/JfK.2021.05-06.05

Vortrag (Deutsche Pflanzenschutztagung 2021): AssSys_Vortrag_DPST_2021

Abb. 1 (v. l. n. r.): Bonitierter Befall (Fusarium-Halmbasiverbräunung), abgeleiteter TWI und ausgewiesene Befallszonen

Projektdetails

Oerke, E.-C.; Gerhards, R.; Menz, G.; Sikora, R. A. (2010): Preface. In: Oerke, E.-C.; Gerhards, R.; Menz, G.; Sikora, R. A. (Hg.): Crop Protection - the Challenge and Use of Heterogeneity. Springer, S. v – viii.