HEA BLO AGR Pix4Dfields insects use case

Insektenschutz und teilflächenspezifische Anwendungen

Insektenschutz ist ein wichtiges Thema, das uns alle angeht.

Es gilt, Lebensräume von Insekten zu erhalten, Lichtverschmutzung zu reduzieren und den Einsatz von insektengefährdenden Chemikalien in die Umwelt zu reduzieren. Verschiedene Gesetze und Verordnungen wurden dazu verabschiedet, z.B. die Düngeverordnung oder das Insektenschutzgesetz. Insektenschutz ist vorrangig natürlich kein juristisches Problem sondern vor allem eine praktische Frage.

Wie kann man Insektenschutz in der Praxis umsetzen? Wie können Drohnen und Fernerkundung beim Insektenschutz helfen?

Technik

Was benötigt man dazu? Der größte Kostenfaktor ist sicher die Technik für teilflächenspezifische Anwendungen, d.h. eine Feldspritze mit Jobrechner, besser noch mit Teilbreitenschaltung und Einzeldüsensteuerung.

Preiswerte Fotodrohnen um die 700 EUR aus dem Elektronikmarkt, zum Beispiel die Parrot Anafi oder die DJI Phantom 4 eignen sich gut für den Einstieg. Die Software, die wir hier vorstellen möchten, ist ab ca 130 EUR pro Monat erhältlich.

Karten und Genauigkeit

Herangehensweise und Arbeitsschritte wollen wir anhand eine konkreten Datensatzes eines Weizenfeldes in der Nähe von Prötzen in Brandenburg erläutern. Das Feld wurde in 100 m Höhe mit einer Drohne und einer Multispektralkamera beflogen.


Pix4Dfields insects analysis with RGB orthomosaik
RGB Orthomosaik mit Feldbegrenzung

Die sogenannten Orthomosaiken und Indexkarten wurden aus den Luftbildaufnahmen mit Pix4Dfields errechnet. Die Genauigkeit hängt davon ab, wie die Luftbildaufnahmen aufgezeichnet wurden. Standard GNSS-Systemen (meist wird eine Kombination aus GPS, Glonass, Galileo und Beidou verwendet) ermöglichen Genauigkeiten in der Praxis von 0,5 m bis 3 m. Genauigkeiten von bis zu 1-2 cm lassen sich erreichen zum einen, indem Störungen des GNSS-Signals durch ein RTK-Signal korrigiert werden. RTK-Drohnen sind deutlich teurer als Drohnen ohne RTK-Unterstützung, jedoch ermöglichen sie ein problemloses Zusammenspiel in bezug auf die Genauigkeit zwischen Traktorlenksystemen und Anwendungskarten, die über Drohnenfernerkundung gewonnen werden.

Die zweite Möglichkeit ist eine Positionskorrektur der Karten mithilfe von Bodenkontrollpunkten oder GIS-Werkzeugen, die in einem weiteren Beitrag dieses Blogs beschrieben werden.


Digitales Höhenmodell des Feldes, erzeugt in Pix4Dfields
Digitales Höhenmodell des Feldes, erzeugt in Pix4Dfields

Zwei Sachen fallen in unserem Weizenfeld auf: Erstens ist der Pflanzenwuchs deutlich inhomogen. Und zweitens gibt es hier ehemalige Tümpel, die auf früheren Satellitenbildern noch als Wasserflächen zu erkennen sind. Sie sind wahrscheinlich klimawandelbedingt ausgetrocknet, wie auch an vielen anderen Orten in Brandenburg zu beobachten ist. Dennoch, diese Stellen und auch die Wegesränder sind wichtige Insektenlebensräume, die wir mit 10 m breitem Abstand zu unseren Feldanwendungen schützen wollen.

In einem ersten Schritt werden wir dazu im Orthomosaik den Bereich des Feldes kennzeichnen, der für die Feldanwendung überhaupt in Frage kommt. Diesen Bereich zeichnen wir als Begrenzung ein.

Es gibt jetzt zwei Möglichkeiten, den Bereich für die Feldanwendung zu kennzeichnen. Einmal können wir eine Feldbegrenzung - eventuell ist diese schon digital vorhanden - in einem GIS-Tool dahingehend bearbeiten, Schutzgebiete entsprechend zu markieren und von der Schlagbegrenzung zu subtrahieren. Diese Daten können dann als Shapefile oder Geojson in Pix4Dfields importiert werden.

Zum Zweiten kann man auch in Pix4Dfields den Anwendungsbereich einzeichnen. Die Schlagbegrenzung kann hier in mehreren Teilflächen als sogenanntes Multipolygon beschrieben werden. Zur besseren Orientierung zu den Dimensionierungen helfen uns zusätzliche Abstandsmarkierungen.


Anwendungsfläche mit Abstandsmarkierungen
Anwendungsfläche mit Abstandsmarkierungen

Dieses Multipolygon möchten wir nun als Schlagbegrenzung nutzen. Dazu exportieren wir das Multipolygon und importieren es als Feldgrenze. Mithilfe der Feldgrenze kann nun das Orthomosaik entsprechend zugeschnitten werden. Als Resultat sind unsere Insektenschutzgebiete von der Planung der Feldanwendung wie gewünscht ausgenommen.

Indexkarten

NDVI: Die Chlorophylllverteilung des Weizenfelds ist im NDVI-Spektrum
NDVI: Die Chlorophylllverteilung des Weizenfelds ist im NDVI-Spektrum ungleichmäßig zu erkennen und indiziert teilflächenspezifische Wachstumsunterschiede.

In Vorbereitung auf den nächsten Schritt sehen wir uns die Ungleichmäßigkeit an, die wir hier in den Bilddaten sehen. Ohne nähere Kenntnisse der Umstände des Anbaus können wir dazu leider wenig sagen. Bodenverhältnisse, Krankheiten, Wassermangel, Nährstoffmangel, Unkrautnester, Schädlingsbefall - die Gründe können vielfältig sein und die Erfahrung des Landwirts ist gefragt.

Grundsätzlich gilt es, den Ertrag zu sichern, aber gleichzeitig den Eintrag von Chemikalien in die Umwelt so weit wie möglich zu minimieren. Das gilt für jede Art von Anwendung, sowohl bei der Düngung als auch beim Einsatz von Pflanzenschutzmitteln.

In unserem Beispiel nehmen wir mal an, unsere Entscheidung ist es, Stickstoff zu düngen. Die Düngeverordnung macht uns hier genaue Vorgaben abhängig von Vorfrucht, Ertragserwartung, Sorte und Standort. Wir stellen eine Beispielrechnung auf und gehen von maximal 160 kg/ha Reinstickstoff für den Schlag aus, die wir aufteilen wollen in 3 Gaben. Die Düngeverordnung macht keine Aussagen, wie diese Gesamtmenge auf dem Schlag verteilt wird, so dass sich hier ein Spielraum ergibt, mehr oder weniger pro Teilfläche auszubringen je nach Bedarf, solange die Gesamtstickstoffmenge für den Schlag verordnungskonform ist.

Anwendungskarten

Die Ungleichmäßigkeiten, die deutlich im NDVI zu sehen sind, helfen uns nun, die Düngung teilflächenspezifisch zu planen. Wer keine teure Multispektralkamera zur Verfügung hat, kann auch mit einer preiswerten Consumer-Fotodrohne arbeiten, aus den RGB-Karten einen TGI-Index in Pix4Dfields berechnen und wird in der Regel auch hier Wachstumsunterschiede schon gut erkennen können. Auf Grundlage dieser Indexkarten möchten wir zunächst Teilflächen mit ähnlichem Profil zusammenfassen. Wir wählen dazu im Zonenwerkzeug von Pix4Dfields vier Abstufungen in normaler Auflösung.


Pix4dfields Zonierung in 4 Abstufungen
Zonierung in 4 Abstufungen. Die verfügbare KAS Menge wird auf die Zonen so verteilt, dass wir ca. 11.8 t Gesamtmenge erreichen.

In unserem Beispiel planen wir eine Startergabe von 70 kg N/ha, bei 45,28 ha Schlaggröße ergibt das maximal 3.2 t Reinstickstoff, bzw. wenn mit KAS gedüngt wird 11.8 t Gesamtdüngermenge. Diese verteilen wir auf die 4 Zonen. Als ersten Ansatz wählen wir Abstufungen von 10-15%. Bereiche mit guter Entwicklung wollen wir weniger düngen und schwächere Bereiche fördern, bei der zweiten und dritten Gabe drehen wir das Schema dann um. Pix4Dfields rechnet dabei den Gesamtbedarf aus. Wir ändern die Zahlen so lange, bis wir ca. 11.8 t erreichen. Danach exportieren wir die Daten in einem geeigneten Format auf einen USB-Stick für das Terminal und die Düngung kann starten.
Teilflächenspezifische Anwendung
Teilflächenspezifische Anwendung

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