DLR-Wissenschaftler arbeiten an der Entwicklung eines fliegenden Lasersystems, das den Pilzbefall im Weinbau frühzeitig erkennen können soll. Durch die frühzeitige und genaue Lokalisierung eines Krankheitsbefalls, können Maßnahmen gezielter ergriffen und Spritzmittel sparsamer verwendet werden.
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Ein Surren liegt in der sommerlichen Luft über den Weinbergen der Heilbronner Weingenossenschaft. Es stammt von einem kleinen, ferngesteuerten Hexacopter, der in wenigen Metern Höhe über den Reben schwebt. An ihm hängt eine schwarze Box, etwas größer als ein Schuhkarton – darin ein laserbasiertes Detektionssystem. Mit dessen Hilfe wollen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zukunft den Pilzbefall im Weinbau frühzeitig aufspüren, um so Ernteausfälle zu verhindern und den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu verringern.
Aktuell sind die Wissenschaftler des DLR-Instituts für Technische Physik in Lampoldshausen mitten in der Entwicklungsphase: Sie arbeiten daran, ihre Idee in die Luft zu bringen, so die Machbarkeit des Ansatzes zu zeigen und festzustellen, wie präzise und empfindlich mit dem System gemessen werden kann. „Unser Ziel ist es, am Ende dieses Entwicklungsprozesses, ein kompaktes und kostengünstiges System zu haben. Es soll eine flächendeckende und systematische Untersuchung großer Anbauflächen ermöglichen und einen Befall möglichst frühzeitig feststellen“, fasst Dr. Christoph Kölbl vom DLR zusammen. Die Forscher müssen dabei drei Herausforderungen lösen: Das Detektionssystem soll fehlerfrei und möglichst präzise arbeiten, gleichzeitig leicht und flugfähig sowie zu wirtschaftlich akzeptablen Kosten realisierbar sein.
Bedrohung für Qualität und Ertrag der Ernte
Drohnen-basierte Systeme kommen in der Landwirtschaft bereits zum Einsatz: Zum Beispiel wenn es darum geht, Pflanzenschutzmittel gezielt auszubringen oder um festzustellen, wann der beste Zeitpunkt zum Düngen oder Bewässern ist. Im Weinbau verursacht speziell der Pilzbefall große Schäden. Die befallenen Trauben müssen bei der Lese aufwändig aussortiert werden. Die Qualität der Ernte leidet ebenso wie der wirtschaftliche Ertrag.
Um die Ausbreitung eines Pilzbefalls zu verhindern, ist es wichtig, ihn rechtzeitig zu erkennen und zu bekämpfen. In Europa werden rund 60 Prozent aller Pflanzenschutzmittel gegen Pilzbefälle, sogenannte Fungizide, im Weinbau eingesetzt. „Erkennt man Krankheitsbefälle möglichst früh, können Gegenmaßnahmen gezielter ergriffen und lokal begrenzt werden. Das senkt die Kosten für Spritzmittel, schont die Umwelt und steigert nicht zuletzt die Qualität des Weins“, bilanziert Kölbl.
Mit dem Laser dem Pilz auf der Spur
Dazu setzen die DLR-Wissenschaftler auf das Verfahren der aktiven Fluoreszenzdetektion: Ein dafür optimierter Laser sendet unsichtbare und für Mensch wie Tier unbedenkliche Laserstrahlen aus. Diese treffen auf die Reben und lösen einen für das bloße Auge nicht erkennbaren Fluoreszenz-Effekt aus, regen die Oberfläche also zum „Leuchten“ an. Dieses Leuchten – oder physikalisch gesprochen, das zurückgestreute Fluoreszenzlicht – erfassen die Wissenschaftler mit einem speziell für diese Anwendung entwickelten Spektrometer, dem zweiten wichtigen Bestandteil des Detektionssystems. Es analysiert das zurückgestreute Lichtspektrum, das unterschiedlich ist, je nachdem, ob die Rebe gesund oder von einem Pilz befallen ist.
Im Forschungsalltag befassen sich Christoph Kölbl und seinen Kolleginnen und Kollegen der Abteilung „Atmosphärische Propagation und Wirkung“ mit Laseranwendungen in der freien Atmosphäre. Im Mittelpunkt stehen dabei Anwendungsmöglichkeiten von Laserstrahlung über große Distanzen. Sie entwickeln und testen zum Beispiel Technologien für Lasersysteme, mit denen Schad- und Gefahrstoffe aus der Ferne festgestellt und bestimmt werden können. „Die Anwendung in der Landwirtschaft ist ein Nebenprodukt, ein Spin-off, unserer Arbeit im Forschungsbereich Sicherheit des DLR“, beschreibt Abteilungsleiter Dr. Frank Duschek.
(Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), 03.09.2018 – NPO)
