Green-on-Brown - der Praxiseinstieg in die Patch-Applikation

ApplikationMitFeldspritze

Zusammenfassung

Tritt zu behandelndes Unkraut nur in einzelnen Bereichen eines Feldes auf, kann eine teilflächenspezifische Pflanzenschutzmaßnahme ausreichen, um betroffene Bereiche einer Fläche gezielt zu behandeln. Der Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln soll nach Vorgaben des European Green Deal deutlich reduziert werden. Eine Möglichkeit hierzu kann die Spot-Applikation bieten, die in bestimmten Anwendungsfällen mit der betriebsüblichen Pflanzenschutzspritze durchgeführt werden kann. Einen besonders einsteigerfreundlichen Anwendungsfall für die landwirtschaftliche Praxis, wird in diesem Beitrag dargestellt. Der beteiligte Landwirt konnte eine Reduzierung des chemischen Pflanzenschutzes erzielen, ohne auf die effiziente Wirkung und die ressourcenschonenden Vorteile der chemischen Pflanzenschutzmaßnahme verzichten zu müssen.

Hintergrund

Der Zwischenfruchtanbau wird in weiten Teilen Deutschlands genutzt, um vor einer Sommerung die Ackerflächen über den Winter zu begrünen. Im Bereich des Integrierten Pflanzenschutzes ist dies besonders in Hinblick auf die Möglichkeit der Unkrautunterdrückung durch einen dichten Zwischenfruchtbestand interessant. Frieren die Zwischenfrüchte im Winter sicher ab, kann in der Regel durch flache Bodenbearbeitung eine ausreichende Bekämpfung der nur vereinzelt auftretenden Unkräuter im Vorfeld der Aussaat einer Sommerung erfolgen. Aber nicht immer gelingt die Etablierung eines ausreichend dichten Zwischenfruchtbestandes, der Unkräuter sicher unterdrückt. Gerade auf heterogenen Flächen, aufgrund von unterschiedlicher Wasserverfügbarkeit oder unzureichender Strohverteilung beim Drusch, ist innerhalb des Feldes eine differenzierte Entwicklung der Zwischenfruchtbestände möglich. In diesen Fällen ist in Bereichen mit geringem Zwischenfruchtbestand häufig eine stärkere Unkrautentwicklung oder die Etablierung von Ausfallgetreide des Vorjahres zu beobachten. Dieser Bestand kann zwar ebenfalls mechanisch bekämpft werden, in der Regel sind hierzu aber mehrere Überfahrten notwendig. Zudem ist der Bekämpfungserfolg von trockenen Bodenverhältnissen abhängig. Die wiederholte Bearbeitung kann zudem zu einem Verlust von im Boden enthaltenen Wasser führen, was der Entwicklung der Folgekultur bei ausbleibenden Niederschlägen schadet. Aus diesen Gründen ist eine chemische Pflanzenschutzmaßnahme in der landwirtschaftlichen Praxis bei entsprechendem Unkrautdruck verbreitet. Hier finden dann nicht-selektive Herbizide Anwendung – in der Regel Präparate mit dem Wirkstoff Glyphosat.

DCIM100MEDIADJI_0042.JPG

Abb. 1: Auf dem Großteil des 13,6 Hektar großen Schlages wurden Ausfallgetreide und Unkräuter erfolgreich durch einen dichten Zwischenfruchtbestand unterdrückt. Die Nester, in denen die Zwischenfrucht schlechter stand, sind gut zu erkennen.

Aber wie kann nun in der Praxis nur dort das Herbizid ausgebracht werden, wo räumlich aggregiert zu bekämpfende Unkräuter vorzufinden sind?

Feldspritzen mit automatischer Teilbreitenschaltung können mithilfe einer Applikationskarte das gezielte Ein- und Ausschalten von Teilbreiten vornehmen. Die Datengrundlage für die Applikationskarte stellt eine Kartierung dar, bei der zwischen Bereichen mit grünen Pflanzen und dem Boden bzw. der abgestorbenen Zwischenfrucht differenziert wird. Die Kartierung kann dabei theoretisch sogar aus Satellitendaten abgeleitet werden. Hier ist aber die eher geringe Auflösung der Satellitenbilder zu beachten, sodass eine sichere Identifikation aller Pflanzen nicht gewährleistet werden kann. Höher aufgelöste Daten kann die Drohne liefern. Um grüne Pflanzen von toter Biomasse oder vom Boden zu unterscheiden – man spricht auch von “Green on Brown” (GoB) - bedarf es keiner ausgeklügelten und aufwendigen Künstlichen Intelligenz (KI), da hier nicht zwischen grüner Kulturpflanze und grünem Unkraut unterschieden werden muss.  Eine Auswertung kann sowohl anhand von multispektralen Aufnahmen oder einfachen RGB-Aufnahmen (wie das klassische Foto) erfolgen.

DJIM300

Abb. 2: Die Drohne mit Multispektralsensor überflog die Fläche in einer Höhe 60 Metern.

Von der Überfliegung zur Applikationskarte

Für die Kartierung fliegt eine Drohne selbstständig (unter Aufsicht des Piloten) die zu kartierende Fläche in einer festgelegten Flughöhe und passend zueinander abgestimmten Bahnen ab. Die Einzelbilder, die von der Drohne während dieser Flugmission laufend aufgenommen werden, können nach der Landung auf den Computer übertragen werden. Über diesen wird aus den Einzelbildern mit einem passenden Programm ein sogenanntes Orthomosaik – ein georeferenziertes Bild – zusammengesetzt (Abb. 2 A). Dieses Orthomosaik wird dann – je nach verwendeter Kamera – zu einem Vegetationsindex (VI) verrechnet (Abb. 2 B). Durch die Wahl eines passenden Schwellenwertes werden die Werte für den Boden und tote Biomasse einer Klasse, grüne Pflanzen der anderen Klasse zugewiesen (Abb. 2 C). Dies ist bereits die direkte Grundlage, um eine für das ISOBUS-Terminal passende Applikationskarte zu erstellen.

Darstellung Websitebeitrag

Abb. 3: A) Das von der Drohne generierte multispektrale Orthomosaik visualisiert als Echtfarbenbild über die Bänder für Rot, Grün und Blau. B) Nach der Verrechnung des Orthomosaiks zum Index NDVI haben grüne Pflanzen einen höheren Wert als der graue Boden mit abgestorbenen Zwischenfruchtresten. C) Eine Aufteilung des Feldes mit dem Schwellenwert 0,3 ergibt die zu applizierende Fläche, aus der die Applikationskarte für die Feldspritze erstellt wird.

Damit die Applikationskarte auf das Terminal der Feldspritze übertragen werden kann, ist die ISOBUS Freischaltung für Section Control (ISOBUS-SC) zwingend erforderlich. Zudem ist ein GPS-Signal mit RTK-Genauigkeit empfehlenswert, damit die Positionserfassung der Feldspritze in Relation zu den Unkrautpositionen möglichst genau erfolgt. Auch die eingemessenen Distanzen von der GPS-Antenne zum Spritzgestänge sollten nochmals genau überprüft werden. Dafür eignet sich ein “True Spot Test” bei dem mithilfe eines RTK-Messstabs ein eingemessener Referenzpunkt auf dem Feld als Unkrautstandort in eine Applikationskarte geladen wird.  Wird dieser Punkt nun mit der Feldspritze abgefahren, sollte er von einem vollständig aufgebauten Spritzkegel getroffen werden. Bei der Düsenwahl sollte eine speziell für die Spot-Applikation entwickelte Düse eingesetzt werden. Diese Düsen haben meist einen Winkel von 65 ° anstelle der normalerweise verwendeten 110-120 °. Sie bauen den Spritzkegel schneller auf und haben eine geringere Überlappung. Im Randbereich der Applikation wird eine Unterdosierung an Herbizid dadurch deutlich minimiert.

Mit Green-on-Brown-Erkennung Glyphosat einsparen

In unserem Praxisbeispiel wurde die Fläche mit einer Größe von 13,6 Hektar in 40 Minuten mit einer Drohne (DJI M300) auf 60 Meter Höhe überflogen. Die Drohne war dabei mit einem Micasense Altum Multispektralsensor und einem RTK-Modul ausgestattet. Mit diesem Setup stellt ein Bildpixel 2,5 cm auf dem Boden dar (Ground Sample Distance).

Nach dem Flug wurden die Bilder mit dem Programm Agisoft Metashape zu einem Orthomosaik zusammengesetzt und der Vegetationsindex NDVI berechnet. Nach dem Zuschnitt des Orthomosaiks auf die Feldgrenze wurde die Programmfunktion “Generate Prescription Map” genutzt, um aus dem Histogramm den richtigen Schwellenwert für die Green on Brown Klassifizierung zu bestimmen (Abb. 4). In diesem Fall wurde der Schwellenwert auf 0,15 gesetzt.

Nach der Klassifizierung wurde die vom Programm ausgegebene Karte für das eingesetzte Terminal lesbar gemacht. Entscheidend dabei ist, ob das Spritzenterminal mit einer Applikationskarte mit eingezeichneten Flächen oder auf Unkrautstandortkoordinaten arbeitet. Daher wurden in diesem Fall die Unkrautflächen (Polygone) in Punktkoordinaten umgewandelt. Die Applikation erfolgte bei 7 km/h und einem Druck von 3,5 bar mit einer Feldspritze (Amazone UX 5201 Super) mit 3 Meter Teilbreitenschaltung. Da für die Demonstration keine speziellen Spotspray Düsen zur Verfügung standen, wurden ersatzweise ID 120 Düsen verwendet. In der Abbildung ist gut zu erkennen warum dies nicht optimal ist. Durch den weiten Spritzwinkel ergeben sich große Bereich mit einer Unterdosierung des Herbizids. Daher empfiehlt es sich bei Spot-Applikation immer geeignete Spot-Düsen eingesetzt werden.

Grafik_Duesenueberlappung

Abb. 4: Exemplarische Darstellung einer Standarddüse mit 120° und einer 65° Spot-Düse zur Spot-Applikation von Herbiziden im Feld

Durch das lediglich nesterweise Auftreten des Ausfallgetreides und der Unkräuter wurde das Totalherbizid im Versuch auf nur 56 % der Fläche appliziert. Dadurch wurden Mittelkosten in Höhe von 23 €/ha gespart.

"Die Kartierung mit der Drohne und die einfache Anwendung der Applikationskarte haben mir gut gefallen. Es ist schön, bestehende Technik einsetzen zu können und gleichzeitig Ressourcen einzusparen." - beteiligter Landwirt- .

Ausblick

Die Applikation von Totalherbiziden bei nesterweisem Auftreten von Unkräutern und Ausfallgetreide ist ein gutes Einstiegsszenario für LandwirtInnen, die sich näher mit der teilflächenspezifischen Ausbringung von Herbiziden beschäftigen möchten. Das einfache Anwendungsbeispiel einer “Green on Brown” Erkennung ist auch mit betriebsüblicher EDV-Ausstattung und Feldspritze umsetzbar. Ein kleines, günstigeres Drohnenmodell ist für eine zufriedenstellende Erkennung der Nester ausreichend. Im Internet sind viele Tutorials für die Durchführung von Kartierungen mit dieser Technik verfügbar.

In einem weiteren Beitrag werden wir weitere Informationen zum Ablauf einer Drohnenbefliegung mit praxisnaher Technik und der Umsetzung der Bilder in eine Applikationskarte veröffentlichen.

Autoren:

Eike Hunze

Niklas Lohrberg

Steffen Konnemann

(Abteilung Agrartechnik Universität Göttingen)

Sie haben Fragen oder möchten mehr Informationen zu diesem Thema? Dann schreiben Sie uns gerne.

Kontakt - Eike Hunze: eike.hunze@uni-goettingen.de

 

Scroll to Top