Ein ganzheitlicher Ansatz für die nachhaltige, standortspezifische Landwirtschaft in Westchina

Eine teilflächenspezifische Bestandsführung (Pattern Management) in der Landwirtschaft kann Ressourcen einsparen und eine Kontamination von Boden und Wasser mit Pestiziden, Nitrat und anderen Salzen minimieren. Durch den Einsatz von UAV gestützen bildgebenden Verfahren werden Entscheidungshilfen zu kleinräumig angepasstem Pflanzenschutz, optimaler Bewässerung und bedarfsgerechter Düngung gegeben und dadurch eine nachhaltige Landwirtschaft unterstützt.

Ortsangepasste Bestandsführung mit ortspezifischen Informationen

Eine nachhaltige, standortspezifische Landbewirtschaftung hat zum Ziel, die negativen Auswirkungen landwirtschaftlichen Handelns zu vermeiden oder zu minimieren und damit die Ökosystemleistungen auf einem maximal möglichen Niveau zu erhalten. Für die Bestandsführung in der Landwirtschaft bedeutet dies, dass alle Managementmaßnahmen aufgrund möglicher Interaktionen aufeinander abgestimmt werden müssen und hochaufgelöste raumzeitliche Informationen als Entscheidungsgrundlage nötig sind. Neben den hierfür nötigen Informationen bezüglich Düngerstatus, Pflanzenschutz und Bewässerung, erfordert eine nachhaltige Landbewirtschaftung darüber hinaus angepasste Managementverfahren zur optimalen ortspezifischen Durchführung der erforderlichen Maßnahmen. Gesamtziel des Verbundprojekts Pattern Management in China (PMC) ist die Entwicklung, exemplarische Anwendung und praxisnahe Untersuchung von Pattern Management für die Produktion von Baumwolle und Mais. Die Feldexperimente werden in der Henan Provinz durchgeführt.

Pattern Management

Pattern Management (PM) ist ein neuer, ganzheitlicher Ansatz für die nachhaltige, standortspezifische Landwirtschaft und basiert auf drei Säulen:

• Säule 1: Schaffung von räumlichen Bearbeitungsmustern
• Säule 2: Optische Erfassung und Auswertung
• Säule 3: Datenmanagement

Durch eine teilflächenspezifisch strukturierte Landbewirtschaftung werden räumliche Bearbeitungsmuster im Feld geschaffen (Säule 1). Diese werden mit verschiedenen Kameras (Infrarot, Hyperspektral), befestigt an einem unbemannten Fluggerät (Unmanned Aerial Vehicle, UAV), optisch erfasst und anschließend zentral ausgewertet (Säule 2). Aus den ausgewerteten und verorteten Bilddaten werden schließlich Empfehlungen für notwendige Maßnahmen der Bestandesführung bezüglich Düngung, Pflanzenschutz und Bewässerung abgeleitet und diese durch angepasste Verfahren zur Landbewirtschaftung umgesetzt. Alle Informationen werden dabei in einer Geodatenbank gespeichert, verarbeitet und ausgewertet. Die erfassten raumzeitlichen Zustandsdaten der Felder sowie die entsprechenden raumbezogenen Handlungsempfehlungen werden mittels Webportal mit benutzerfreundlicher Oberfläche auf Endgeräten (Computer, Tablet, Smartphone) zur Überwachung und Kontrolle von PM dargestellt (Säule 3).

Die Auswertung der Bilddaten unterscheidet sich grundsätzlich von herkömmlichen Ansätzen zur Bestimmung des Pflanzenwasserstatus und der Nährstoffversorgung oder zur Erfassung von z.B. Pflanzenkrankheiten. Anstelle der quantitativen Wertung von einzelnen ermittelten Zustandsdaten und Indizes (z.B. CWSI, NDVI oder NDRE) wird auf Basis von Zeitreihenaufnahmen eine relative Wertung der räumlich generierten Muster und der anschließenden raumzeitlichen Musteränderungen bezüglich der optisch erfassten Zustandsdaten oder neu zu bestimmenden Indizes durchgeführt. 

Gemeinsame Entwicklung und Vermarktung

Die Anwendung von PM in der landwirtschaftlichen Praxis setzt eine strukturierte Landbewirtschaftung und ein kontinuierliches Flächenmonitoring mittels UAV voraus. Dies erfordert zum einen angepasste oder neue Komponenten und Verfahren zur Realisation von PM. Zum anderen braucht es eine fundierte Anleitung zu deren optimalen und praxisgerechten Anwendung. Da ein Wechsel zu PM die sozioökonomischen Rahmenbedingungen tangiert, müssen spätere Nutzerinnen und Nutzer auch diesbezüglich unterstützt werden. Dementsprechend sollen am Projektende neben den erarbeiteten Grundlagen zur Realisation von PM ein PM-Handbuch zur Unterstützung bei der Anwendung sowie ein Leitfaden zur Bestimmung des sozioökonomischen Handlungsbedarfs für die erfolgreiche PM-Einführung zur Verfügung stehen.

Die kommerzielle Verwertung von PM und somit auch der angepassten und entwickelten Komponenten und Verfahren soll nach der Entwicklung zur Serienreife durch ein Verwertungskonsortium, bestehend aus allen teilnehmenden chinesischen und deutschen Firmenpartnern, erfolgen. Dies umfasst insbesondere auch Beratungsleistungen sowie die Zertifizierung von Personen und Firmen zur offiziellen Beratung und Begleitung bei der Einführung und Anwendung von PM. In China kommt der Einbindung der chinesischen Partnerfirmen aufgrund des sehr großen chinesischen Marktes für die geplanten Entwicklungen eine besondere Bedeutung zu. Mittelfristig ist geplant, PM auf weitere Länder auszudehnen und dabei auch die Anwendung bei weiteren Feldfrüchten (z.B. Soja, Weizen, Kartoffel) zu untersuchen. Die beteiligten deutschen und chinesischen wissenschaftlichen Einrichtungen werden die Projektergebnisse wissenschaftlich verwerten und die Firmenpartner nach erfolgreicher Projektdurchführung bei der Entwicklung zur Serienreife und anschließenden Vermarktung unterstützen.