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Landschaft Grafik
Landschaft Grafik, ZALF, © infografik.pro / ZALF

Digitalisierung & neue Technologien

Aufgrund intelligenter Messtechniken stehen mehr standortspezifische Informationen zur Verfügung. Diese Informationen könnten für eine bessere Planung der autonomen Pflanzenbaumaßnahmen und präzisen Pflanzenschutzmaßnahmen vor Ort verwendet werden, die in Zukunft von Robotern oder automatischen Traktoren durchgeführt werden können. Neue Entwicklungen in der Sensortechnik zur Erkennung von Schaderregern, Schadinsekten und Unkräutern sowie zur gezielten mechanischen Unkrautvernichtung ermöglichen es, den Einsatz von PSM in der konventionellen Landwirtschaft erheblich zu reduzieren oder sogar wegfallen zu lassen.

 

Datenerfassung - Long Range Wide Area Network (LoRaWAN)

Auf allen 30 patches, die mit verschiedenen Kulturen bepflanzt sind, werden mit zwei Wiederholungen jeweils in den Tiefen 30cm, 60cm und 90cm volumetrischer Wassergehalt, Bodentemperatur und elektr. Leitfähigkeit des Bodenporenwassers gemessen. Dabei soll die Messtechnik die Bearbeitung der patches mit herkömmlicher Landmaschinentechnik nicht beeinträchtigen.

Landschaft Grafik
LoRa Installation mit Lukas Metzger, © Clara Heilburg

Dafür wurden im Herbst 2020 LoRaWAN-Knoten, die 6 Acclima TDR310H-Sensoren über SDI-12-Protkoll auslesen, in 30cm Tiefe vergraben. Die Stromversorgung über 3x D-Zellen ermöglicht einen Betrieb von ca. 1 Jahr. Die Messwerte werden von den Knoten an ein LoRaWAN-Gateway mit 4G-Modem übermittelt, das die Daten auf einen Server der UP GmbH weiterleitet, wo sie aufbereitet und visualisiert werden.

Im Vorfeld der Installation wurde die Leistungsfähigkeit der Messwert-Übertragung getestet. Prinzipiell ermöglicht die LoRaWAN-Technologie die Datenübertragung über Entfernungen von bis zu 8km (freie Sicht), wobei nur relativ kleine Datenpakete übermittelt werden. Die LoRaWAN-Knoten und der SDI-12-Verteiler wurden in einer wasserdichten Box untergebracht und 30cm im Boden eingebaut.

Das Gateway wurde im unteren Drittel des Schlages auf einem der Blühstreifen aufgestellt – ein 100W-Solarmodul lädt einen 90Ah-Akku.

Neben den unterirdisch verbauten Bodenfeuchte-Temperatur-Sensoren wurden auf dem Gelände außerdem 10 Bodenfeuchte-Sensoren mit LoRa-Knoten vom Typ WC-EC-ST verbaut, die Messwerte aus den oberen 6cm des Bodens ermitteln und übertragen.

Die zwei auf dem Areal befindlichen Wetterstationen wurden im Herbst 2020 noch in das LoRaWAN integriert. Dazu wurden die vorhandenen Sensoren an einen Tekbox-Knoten vom Typ TBSL1 angeschlossen. Die Stromversorgung erfolgt über ein 5W-Solarmodul und einen Li-Ionen-Akku.

Die Messwerte der Acclima Multiparameter-Sonden (Bodenfeuchte, Bodentemperatur, elektr. Leitfähigkeit des Bodenporenwassers) laufen alle 20min auf dem UP-Server auf, die der Wetterstationen alle 15min.

 

Digitale Gelbschalen (Digital Yellow traps-DYT): Digitale Gelbschalen können ein optimales und effizientes Monitoring von Rapsschädlingen ermöglichen. Erste Tests wurden im Herbst 2020 mit 5 Prototypen der digitalen Gelbschalen im Raps durchgeführt. Hierfür wurden die Schädlinge Rapserdflöhe überwacht, sowohl mit digitalen als auch mit händischen Gelbschalen. Die Ergebnisse beider Methoden wurden dann miteinander verglichen.

Die DYT wurden sowohl in den drei Raps-Patches (installiert im permanenten Biodiversitätsquadranten) als auch den zwei Raps-Referenzflächen in benachbarten Schlägen aufgestellt. Das System basiert auf einem trainierten Algorithmus zur Bildanalyse mit numerischer und graphischer Klassifizierung und Mustererkennung. Dieser Algorithmus erkennt die bedeutenden Rapsschädlinge. Einige seltene Schädlinge können (noch) nicht erkannt werden: wie z.B. der Gefleckter & Schwarzer Kohltriebrüssler und der Echte Kohlschotenrüssler.

Das enge Zeitfenster der Messungen und der Überwachung erhöhen die Planbarkeit einer Pflanzenschutzmaßnahme. Der Nutzen der DYT beruht auf dem Vermeiden unnötiger Insektizidanwendungen dies führt:

  • zu Ökonomisch fundierten Pflanzenschutzmaßnahmen
  • zum Schonen von Nützlingen & Umwelt allgemein
  • zur Entschärfung des Resistenzproblems

Das Design und der Algorithmus der DYTs sind weiterhin in der Entwicklung und werden stetig verbessert. Zudem gibt es die Möglichkeit, in der internetbasierten Monitoring-Auswertung einen Schädlingsradar zu aktivieren. Dieser stellt die im Umkreis befindlichen DYT anderer Betreiber dar, um mögliche Schadpopulationsdrücke bestimmter Schädlinge frühzeitiger zu erkennen.

 

Internationale Netzwerke

Landschaftsexperimente sind vielseitig und variieren stark in ihrem methodischen Ansatz und Forschungszielen. Schon in der Vergangenheit hat das ZALF innovative Forschungsplattformen für Landschaftsexperimente ins Leben gerufen, die bis heute erfolgreich Daten sammeln und dazu beitragen, Landschaften besser zu verstehen. 

 

Ansatz Grafik, Hannes Schulze / NurMut
Ansatz Grafik, © Hannes Schulze / NurMut

 

Das Landschaftslabor patchCROP dient der Identifizierung von multifunktionaler Prozessempfindlichkeit (Prozesse wie Biodiversitätsanstieg, Bodenfruchtbarkeitsveränderung, Nährstoffdynamiken, Schädlingsrückgang oder Ertragsstabilität) gegenüber der Veränderungen von Landschaftsstrukturen und der Diversifizierung von Anbausystemen auf verschiedenen räumlichen Skalen und zeitlichen Abständen.

Um Methoden, Datenanalysen und Ergebnisse in einen multidisziplinären Kontext setzen zu können und Resultate auf national und international akademischem Niveau zu vergleichen und zu diskutieren, streben wir das Bilden von oder die Aufnahme in nationale und internationale Netzwerke mit vergleichbaren Landschaftsexperimente und similären Forschungsfragen an. Die Konsolidierung und Erweiterung von Netzwerken auf nationaler und internationaler akademischer Ebene erhöht zum einen die Bedeutung und Sichtbarkeit der Landschaftsforschung und betont zum anderen die Nützlichkeit einer übergreifenden Experimentalstrategie für Landschaftsexperimente, in der sich auch das Konzept des Landschaftslabors, der permanenten Überwachung und Datensammlung von Landschaftsprozessen und der technischen Weiterentwicklung von Messtechniken und Bewirtschaftungsformen wiederspiegelt.

Bei Interesse zur Netzwerkbildung oder der Inklusion des Landschaftslabores in bestehende Netzwerke, schreiben Sie gern eine E-Mail an Kathrin Grahmann.

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