Die Kontrolle von Pflanzenbeständen gehört zu den wiederkehrenden Aufgaben im Ackerbau. Landwirte müssen Fehlstellen, Trockenstress, Schädlingsbefall, Krankheiten und Unterschiede in der Pflanzenentwicklung rechtzeitig erkennen. Bei großen oder schwer zugänglichen Flächen erfordern Feldbegehungen jedoch viel Zeit. Einzelne betroffene Bereiche können dabei unentdeckt bleiben.
Drohnen erfassen Felder aus der Luft und liefern georeferenzierte Aufnahmen der gesamten Fläche. Dadurch lassen sich Unterschiede innerhalb eines Bestands erkennen, räumlich zuordnen und über die Vegetationsperiode hinweg vergleichen. Die Aufnahmen ersetzen die Kontrolle vor Ort nicht. Sie zeigen jedoch, welche Teilflächen genauer untersucht werden sollten.
Kurzfassung
- Drohnen erfassen Pflanzenbestände flächendeckend und aus gleichbleibender Perspektive.
- Luftbilder zeigen Fehlstellen, Wachstumsunterschiede und mögliche Belastungen innerhalb eines Feldes.
- Multispektralkameras erfassen Unterschiede, die auf gewöhnlichen Farbbildern nicht immer sichtbar sind.
- Drohnendaten helfen dabei, Feldkontrollen und Bewirtschaftungsmaßnahmen räumlich genauer zu planen.
- Damit die Aufnahmen aussagekräftig sind, müssen Flugzeitpunkt, Kameratechnik und Auswertungsmethode auf das jeweilige Untersuchungsziel abgestimmt sein.
Bestände schneller und gezielter kontrollieren
Bei einer Feldbegehung kontrolliert der Landwirt den Bestand entlang von Wegen, Fahrgassen oder festgelegten Stichprobenpunkten. Diese Kontrolle bleibt notwendig, um Pflanzen direkt zu untersuchen, Bodenproben zu entnehmen oder einen vermuteten Schädlings- oder Krankheitsbefall zu überprüfen. Sie erfasst jedoch nur die tatsächlich begangenen Bereiche und liefert daher kein vollständiges Bild der gesamten Fläche.
Während eines geplanten Drohnenflugs entstehen überlappende Luftaufnahmen. Eine Software setzt die Einzelbilder zu einer georeferenzierten Gesamtaufnahme zusammen. Darauf lassen sich Unterschiede in Pflanzenhöhe, Bestandsdichte, Blattfärbung und Bodenbedeckung räumlich erkennen.
Das Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft beschreibt die Drohnenfernerkundung als Verfahren, mit dem sich Merkmale landwirtschaftlicher Kulturpflanzen mithilfe verschiedener Sensoren erfassen lassen. Wie aussagekräftig die Daten sind, hängt von der verwendeten Kameratechnik, dem Aufnahmezeitpunkt und der gewählten Auswertungsmethode ab.
Landwirte können anhand der Aufnahmen Teilflächen mit abweichender Bestandsdichte, Pflanzenfarbe oder Entwicklung markieren und anschließend gezielt vor Ort prüfen. Dadurch entfällt nicht die Feldkontrolle, sie konzentriert sich jedoch auf die Bereiche, in denen konkrete Unterschiede sichtbar sind.
Welche Auffälligkeiten Drohnen sichtbar machen
RGB-Kameras erfassen Bilder im sichtbaren Farbspektrum. Sie eignen sich dazu, Fehlstellen, Fahrspuren, Lagergetreide, Wildschäden und Unterschiede in der Bestandsentwicklung zu erkennen. Auch vernässte Flächen oder Bereiche mit ungleichmäßigem Feldaufgang können aus der Luft deutlicher sichtbar sein als bei einer Kontrolle vom Feldrand.
Multispektralkameras erfassen zusätzlich Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Bereichs. Pflanzen mit ausreichender Wasser- und Nährstoffversorgung reflektieren Licht anders als Pflanzen, deren Entwicklung durch Trockenheit, Nährstoffmangel, Krankheiten oder Schädlingsbefall beeinträchtigt ist. Aus diesen Messwerten lassen sich Vegetationskarten erstellen, die Unterschiede innerhalb eines Schlages räumlich darstellen.
Solche Karten zeigen, in welchen Teilflächen sich der Pflanzenbestand unterscheidet. Sie liefern jedoch keine eindeutige Ursache. Trockenheit, Bodenverdichtung, Nährstoffmangel, Schädlingsbefall und Staunässe können in den Aufnahmen vergleichbare Abweichungen erzeugen. Deshalb müssen die betroffenen Bereiche vor Ort kontrolliert und mit Angaben zu Bodenart, Wetterverlauf und bisherigen Bewirtschaftungsmaßnahmen abgeglichen werden.
Von der Aufnahme zur konkreten Feldmaßnahme
Der Nutzen eines Drohnenflugs hängt davon ab, ob die Aufnahmen eine konkrete betriebliche Frage beantworten. Vor der Befliegung sollte deshalb festgelegt werden, welche Merkmale untersucht werden sollen. Bei einer Auflaufkontrolle stehen etwa Fehlstellen und Unterschiede in der Bestandsdichte im Mittelpunkt. Zu einem späteren Zeitpunkt können Wachstumsunterschiede, Trockenstress oder Lagergetreide untersucht werden.
Für Betriebe, die eine Drohne in der Landwirtschaft einsetzen möchten, ist daher nicht nur die Steuerung des Fluggeräts relevant. Ebenso wichtig sind die Festlegung der Flugroute, die Auswahl der Kameratechnik, die georeferenzierte Auswertung und die Nutzung der Ergebnisse für Kontrollen oder Bewirtschaftungsmaßnahmen.
In den Aufnahmen markierte Teilflächen können gezielt begangen, beprobt oder getrennt bewirtschaftet werden. Je nach technischer Ausstattung lassen sich aus den erfassten Daten Applikationskarten für Dünger, Saatgut oder Pflanzenschutzmittel erstellen. Dafür müssen die Datenformate mit der verwendeten Betriebssoftware und den Maschinen kompatibel sein.
Auf diese Weise können Betriebsmittel nach den Unterschieden innerhalb eines Schlages geplant werden, statt für die gesamte Fläche einheitliche Mengen anzusetzen. Ob sich dadurch Diesel, Saatgut, Dünger oder Pflanzenschutzmittel einsparen lassen, hängt von der Kultur, der Flächengröße, der vorhandenen Technik und der Genauigkeit der Datenauswertung ab.
Welche Kameratechnik zur Aufgabe passt
Für Übersichtsaufnahmen genügt häufig eine RGB-Kamera mit ausreichender Bildauflösung. Sie liefert Aufnahmen, auf denen Fehlstellen, Fahrspuren oder deutliche Unterschiede im Pflanzenbestand direkt erkennbar sind. Für die Berechnung von Vegetationsindizes und den Vergleich spektraler Unterschiede werden dagegen Multispektralkameras benötigt.
Wärmebildkameras erfassen Temperaturunterschiede innerhalb der Fläche. Diese können auf eine ungleichmäßige Wasserversorgung, trockene Bodenbereiche oder Unterschiede in der Verdunstung hinweisen. Tageszeit, Sonneneinstrahlung, Wind und Bodentemperatur beeinflussen die Messwerte jedoch erheblich. Sollen Aufnahmen verschiedener Termine miteinander verglichen werden, müssen die Flüge unter möglichst ähnlichen Wetter- und Lichtbedingungen stattfinden.
Auch Flughöhe, Bildüberlappung und räumliche Auflösung bestimmen, wie detailliert die Fläche erfasst wird. Eine geringere Flughöhe erhöht den Detailgrad, verlängert jedoch die Flugzeit und erzeugt größere Datenmengen. Bei großen Flächen müssen daher gewünschte Auflösung, Akkureichweite und verfügbare Flugzeit aufeinander abgestimmt werden.
Grenzen und organisatorische Anforderungen
Nicht jede Veränderung im Pflanzenbestand lässt sich anhand von Luftaufnahmen eindeutig einer Ursache zuordnen. Dichte Bestände können den Boden verdecken, Schatten verändern die Bildwirkung und wechselnde Lichtverhältnisse erschweren den Vergleich mehrerer Aufnahmen. Auch Wind, Regen oder eingeschränkte Sicht können dazu führen, dass ein geplanter Flug verschoben werden muss.
Zusätzlich gelten rechtliche Vorgaben für den Drohnenbetrieb. Je nach Gewicht der Drohne, Einsatzgebiet und Art des Fluges können eine Betreiberregistrierung, ein Kompetenznachweis oder eine behördliche Genehmigung erforderlich sein. Vor dem Start müssen unter anderem Abstände zu Wohngebieten, Verkehrswegen, Stromleitungen, Flughäfen und Schutzgebieten geprüft werden.
Landwirtschaftliche Betriebe müssen außerdem entscheiden, ob sie eine eigene Drohne anschaffen oder einen spezialisierten Dienstleister beauftragen. Eine eigene Drohne kann sich bei regelmäßigen Einsätzen lohnen, wenn geschultes Personal für Flugplanung, Datenerfassung und Auswertung verfügbar ist. Bei einzelnen Befliegungen oder dem Einsatz spezieller Sensoren kann die Beauftragung eines Dienstleisters geringere Kosten verursachen als Anschaffung, Wartung und Schulung.
Drohnendaten über mehrere Jahre nutzen
Einzelne Aufnahmen zeigen den Zustand eines Pflanzenbestands zu einem bestimmten Zeitpunkt. Wiederholte Befliegungen ermöglichen dagegen Vergleiche innerhalb einer Vegetationsperiode und über mehrere Jahre. Treten Unterschiede in Bestandsdichte, Pflanzenhöhe oder Entwicklung wiederholt an denselben Stellen auf, können Bodenverdichtungen, Entwässerungsprobleme, abweichende Bodeneigenschaften oder stark beanspruchte Vorgewendeflächen die Ursache sein.
Das Julius Kühn-Institut setzt Drohnen mit Kamerasystemen unter anderem ein, um Pflanzenhöhe und Blühverlauf zu erfassen. Das Beispiel zeigt, dass Aufnahmen unter festgelegten Bedingungen messbare Pflanzenmerkmale dokumentieren und deren Entwicklung über mehrere Zeitpunkte vergleichbar machen können.
Für belastbare Vergleiche müssen Flugroute, Flughöhe, Kamerasystem, Tageszeit und Wetterbedingungen dokumentiert werden. Nur bei ähnlichen Aufnahmebedingungen kann beurteilt werden, ob sichtbare Veränderungen tatsächlich auf den Pflanzenbestand zurückzuführen sind.
Fazit
Drohnen ergänzen die Bestandskontrolle durch Aufnahmen der gesamten Fläche. Sie machen räumliche Unterschiede sichtbar, die bei Stichproben oder Kontrollen vom Feldrand unentdeckt bleiben können. Landwirte können Teilflächen mit abweichender Bestandsdichte, Pflanzenfarbe oder Entwicklung gezielt aufsuchen, die Ursachen vor Ort prüfen und Bewirtschaftungsmaßnahmen auf diese Bereiche abstimmen.
Aussagekräftige Ergebnisse setzen eine klar formulierte Fragestellung, geeignete Kameratechnik und eine dokumentierte Datenauswertung voraus. Die Drohne ersetzt weder die pflanzenbauliche Beurteilung noch die Kontrolle auf dem Feld. Sie liefert jedoch räumlich zugeordnete Informationen, mit denen Betriebe Kontrollgänge, Arbeitszeit und den Einsatz von Betriebsmitteln genauer planen können.
