Wie Satelliten den Trockenstress von Pflanzen messen können

So soll das neue System der Landwirtschaft dabei helfen, die Bewässerung auf landwirtschaftlichen Flächen zu verbessern und den Ernteertrag zu steigern. Denn die zwei Forscher des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut (EMI), wollen dazu beitragen, dass der Anbau auf Ackerflächen verbessert werde. Die Weltbevölkerung wachse immer weiter und zeitgleich sei die landwirtschaftliche Ackerfläche begrenzt. Wichtig für die Verbesserung des Anbaus sei vor allem die Wasserversorgung. 

Geraten Pflanzen in Wasserstress, würden sie nämlich weniger Energie in ihre Früchte stecken und die Ernte werde kleiner. Das Problem bestehe allerdings vordergründig darin, dass sich der Zustand der Pflanzen auf den weltweiten Ackerflächen nur schwer analysieren lasse. Hierfür würden zwar bereits seit den 1970er-Jahren Satelliten genutzt, doch diese seien sehr ungenau. Bisher seien zudem auch nur visuelle und sogenannte nah-infrarote Sensoren genutzt worden, die den Pflanzenstoff Chlorophyll erkennen könnten. Das Chlorophyll baut sich ab, wenn Pflanzen zu wenig gewässert werden. 

"Dann ist es aber bereits zu spät", erklärtDr. Max Gulde, Physiker am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, EMI, in Freiburg. "Was wir brauchen, ist eine Technologie, die innerhalb weniger Stunden verrät, ob Pflanzen ausreichend mit Wasser versorgt sind."

Und genau eine solche Methode haben Gulde und sein Kollege Marius Bierdel am Fraunhofer EMI erarbeitet, bei der Satellitentechnik zum Einsatz komme. Das Team nutze Wärmebildkameras im Satelliten, wobei spezielle Algorithmen Daten auswerten und die Temperatur auf der Blattoberfläche der Pflanzen bestimmen. Hieraus werde dann Rückschluss auf die Wasserversorgung gezogen. Bei Wassermangel verringere sich nämlich die Verdunstung von Wasser über die Blätter und die Temperatur an der Blattoberfläche steige. "Innerhalb von zwei Stunden kann sich die Temperatur um zwei bis drei Grad Celsius verändern", erklärt Gulde. "Unser Verfahren misst auf ein Zehntelgrad genau und löst die Temperatur-Differenzen sehr fein auf." 

Bereits nach wenigen Stunden liegen die Daten und Informationen über die Wasserversorgung der Pflanzen vor und Landwirtinnen und Landwirte könnten somit zukünftig in Echtzeit ihre Bewässerung anpassen. Sie könnten direkt die Äcker und Pflanzen wässern, die stark betroffen sind. Zusätzlich helfe die genaue Bewässerungstechnik auch dabei, Wasser zu sparen, genaue Ernteprognosen zu erstellen und Preise für landwirtschaftliche Produkte zu kalkulieren. "Das gibt den landwirtschaftlichen Produzenten deutlich mehr Planungssicherheit", weiß Gulde.

"Ich freue mich sehr, dass das erste Spin-off des Fraunhofer EMI mit den am Institut entwickelten Technologien dazu beitragen wird, weltweit die Bewässerung von Feldern und Äckern und damit den Ernteertrag zu optimieren", erklärt Prof. Dr. Frank Schäfer, Leiter der Abteilung Systemlösungen am Institut. "Sie verbessern die Ernährungssicherheit für die Menschen und stellen deshalb gerade in Zeiten des Klimawandels einen bedeutenden Fortschritt dar."