Rebe Digital

[vc_row][vc_column][vc_custom_heading text=“Rebe Digital“ font_container=“tag:h1|font_size:48|text_align:left“ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1645785819625{margin-top: -25px !important;}“][vc_custom_heading text=“Echtzeitanalyse und Prognose des Wasserhaushalts im Weinbau“ font_container=“tag:h2|font_size:28|text_align:left|color:%23676b6d“ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1645785840593{padding-bottom: 10px !important;}“][vc_column_text]Hannes Mollenhauer, Martin Schieck, Silvia Krug, Valentin Knitsch, Forschungsprojekt EXPRESS

(Bildquelle: Forschungsprojekt EXPRESS)[/vc_column_text][ultimate_spacer height=“15″ height_on_tabs=“15″ height_on_tabs_portrait=“15″ height_on_mob_landscape=“15″ height_on_mob=“15″][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_custom_heading text=“Kurz & Bündig“ font_container=“tag:h2|font_size:34|text_align:left“ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1631091070753{margin-top: -25px !important;}“ el_class=“box-headline“][vc_row_inner el_class=“box-content-wrapper“][vc_column_inner][vc_column_text]Die Digitalisierung von Prozessen und die modellbasierte Auswertung von Sensordaten kann Winzerinnen und Winzern dabei helfen, bessere Entscheidungen zu treffen, um sich an die Änderung des Klimas sowie die Verfügbarkeit und den Bedarf von Wasser anzupassen. Das Experimentierfeld zur datengetriebenen Vernetzung und Digitalisierung in der Landwirtschaft (EXPRESS) demonstriert zusammen mit Landwirtinnen und Landwirten einen modularen Ansatz für kurz- und langfristige Entscheidungsunterstützung im Weinbau. Gemeinsam mit den Betrieben werden diese Ansätze von Forschenden einem Praxistest unterzogen.

Die Förderung des Vorhabens EXPRESS erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages.[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][/vc_column][/vc_row][vc_row css=“.vc_custom_1519752670572{margin-top: -10px !important;}“][vc_column][ultimate_spacer height=“30″ height_on_tabs=“15″ height_on_tabs_portrait=“15″ height_on_mob_landscape=“15″ height_on_mob=“15″][vc_column_text]Selbst wenn sich im Jahr 2021 wahrscheinlich viele Landwirtinnen und Landwirte an die Zeiten vor dem Klimawandel erinnert fühlten [1] und sich sicher etwas weniger Wasser vom Himmel gewünscht hätten, sind ihnen die sehr trockenen und heißen Jahre 2018 bis 2020 noch in guter Erinnerung. Sie geben einen Ausblick auf die komplexen Herausforderungen der kommenden Jahre und Jahrzehnte, in denen solche Wetterextreme voraussichtlich häufiger werden [2]. Zudem führt die Verteilung dieser zeitweise knappen Ressource in allen Bereichen von Gesellschaft und Umwelt zu zahlreichen Konflikten und erfordert daher nachhaltige, effektive und effiziente Lösungsansätze.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]Das Forschungsprojekt EXPRESS ist eines der deutschlandweit 14 vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderten Experimentierfelder, die Impulse und Lösungsvorschläge zur digitalen Transformation der Landwirtschaft erarbeiten. In EXPRESS sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
aus vier verschiedenen Forschungsinstituten gemeinsam mit landwirtschaftlichen Betrieben aus der Region Mitteldeutschland damit beschäftigt, neue Technologien für den Sonderkulturanbau zu erproben. Dabei werden in fünf verschiedenen Schwerpunkten – einer davon Trockenstress – digitale Lösungsansätze direkt in den Betrieben der Praxispartner getestet und die Ergebnisse praxistauglich zugänglich gemacht [3].
Je nach Dauer des Wassermangels, Standort des Weinbergs und nicht zuletzt der Rebsorte und ihres Alters führen Phasen verringerter Pflanzenwasserversorgung zu möglichen negativen Folgen für das Pflanzenwachstum, die Erträge und teilweise auch die Ertragsqualitäten. Dieser sogenannte Trockenstress (siehe Abbildung 1) unterstreicht den notwendigen bewussten und nachhaltigen Umgang mit Wasser als kritischen Faktor für die Sicherung von Erträgen und Ertragsqualität. Über Bewässerung wird daher auch bei deutschen Winzerinnen und Winzern vermehrt nachgedacht: Lohnt sich eine solche Investition auf lange Sicht? Wann und wie viel soll bewässert werden? Wie kann bedarfsgerecht und fair zwischen verschiedenen Wassernutzenden verteilt werden?

Um eine solche bedarfsorientierte und effiziente Bewässerung umzusetzen, ist es für den modernen Weinbau entscheidend, mit verlässlichen Informationen und Prognosen arbeiten zu können. Konkret bedeutet dies, zu wissen, wie viel Wasser der Pflanze momentan zur Verfügung steht und wie viel sie aktuell und in Zukunft für eine gute Entwicklung benötigt. Diese Informationen stehen den Betrieben derzeit mit der benötigten Genauigkeit nur teilweise zur Verfügung. Mit dem Projekt
EXPRESS soll daher erreicht werden, dass Agierenden des Weinbaus zukünftig jederzeit aktuelle Informationen und Prognosen über den Wasserbedarf und die Wasserversorgung ihrer Pflanzen zur Verfügung stehen, um so eine präzisere und schnellere Entscheidung und Abwägung der Handlungsoptionen zu ermöglichen. Für solche digitalen Lösungen sind allerdings wichtige Fragen noch nicht hinreichend geklärt: Wie dicht muss ein Netz an Sensoren für eine schlanke, aber optimale Informationsgewinnung aufgestellt sein? Wie kann die Verknüpfung der Informationen optimal organisiert werden? Welchen Mehrwert bringen zusätzliche Informationen aus Drohnenbefliegungen? Und wie können all diese Informationen in den betrieblichen Arbeitsablauf sinnvoll integriert werden? Diese Fragen können nur zusammen mit den Betrieben bearbeitet werden, um so Mehraufwand zu minimieren, der durch die Einführung digitaler Lösungen im Betriebsalltag aufkommen kann.

Die ersten Ergebnisse und Erfahrungen aus zwei Versuchsjahren im Weinbau liegen jetzt vor. Sie zeigen unter anderem, dass für eine Trockenstressprognose ein Simulationsmodell praxistauglich ist, welches die Entwicklung für die nächsten Tage berechnet. Dafür werden auf den Versuchsschlägen Daten erhoben und modellbasiert ausgewertet. Gemeinsam mit regulären Wettervorhersagen liefern diese Informationen über die bisherigen, die momentanen und die prognostizierten Bedingungen auf dem Weinberg. Durch die zusätzliche Charakterisierung des Wasserzustandes direkt an den Reben kann die Simulation standortspezifisch angepasst werden und dadurch in zukünftigen Vegetationsperioden präzisere Vorhersagen treffen.
Um die benötigten Daten zu erheben, werden dazu in den Rebzeilen verschiedene Sensoren angebracht. In EXPRESS kommen dabei vornehmlich Funksensorsysteme zum Einsatz. Dies erlaubt das direkte Versenden der Daten und somit eine Auswertung in Echtzeit. Konkret werden Daten zum Mikroklima sowie der Pflanzenentwicklung und den Bodeneigenschaften erhoben. Das heißt, kleinräumige Unterschiede beispielsweise in der Temperatur und Feuchte der Luft und des Bodens, der Globalstrahlung, Windgeschwindigkeit und -richtung sowie des Niederschlags werden an mehreren definierten Messpunkten im Weinhang aufgezeichnet. An den Reben selbst werden zusätzlich pflanzenbasierte Messungen durchgeführt, wie die der Laubwandoberflächentemperatur, des Saftflusses oder des Stammumfangs.

Zur Datenübertragung vom Weinhang zu den entsprechenden Analyseinfrastrukturen kommt ein traditionelles Funksensornetz mit kurzer Reichweite zum Einsatz, das auf dem Übertragungsprotokoll IEEE 802.15.4 basiert. Dieses Funksensornetz eignet sich deshalb für die Versuchsflächen sehr gut, da im Hang viele Messpunkte miteinander verbunden werden können, die sich in kurzem Abstand zueinander befinden. Bei weniger Messpunkten oder größeren Abständen müssen andere Funktechnologien mit größerer Übertragungsreichweite in Betracht gezogen werden, wie zum Beispiel LoRa oder NB-IoT. Diese werden im Rahmen von EXPRESS ebenfalls evaluiert. Abhängig von den lokalen Bedingungen in den Rebzeilen, ergeben sich unterschiedliche Messkonfigurationen, wodurch unterschiedliche Vor- und Nachteile der jeweiligen Funktechnologie zum Tragen kommen. Vom Weinhang aus erfolgt die Datenübertragung zu einem in der Nähe befindlichen Gateway, welches die Daten einsammelt, prüft und per Mobilfunk an einen Server im Internet weiterleitet. Dabei werden die Daten zusätzlich lokal gespeichert, um Ausfälle der Mobilfunkverbindung zu kompensieren.

Das verwendete Simulationsmodell [4] dient mit den gesammelten und prozessierten Daten als Werkzeug für die Entscheidungsunterstützung in den Betrieben. Damit kann aus vergangenen Jahren gelernt, die aktuelle Situaton im Weinhang eingeschätzt, und Prognosen über die kurzfristige und langfristige Entwicklung können erstellt werden. Als Maßnahme könnte etwa kurzfristig bewässert, mittelfristig der Verdunstungsschutz optimiert (Laubwand- und Bodenbearbeitung) oder langfristig neue, an sich ändernde Standortbedingungen angepasste Reben gepflanzt werden. Das Modell ermöglicht es, die verschiedenen Messgrößen sinnvoll zu verknüpfen und Vorwissen einzubringen. Der große Vorteil ist dabei, dass aus Daten Informationen generiert und sichtbar gemacht werden, die aus Einzelmessungen nicht ersichtlich sind, wie zum Beispiel die potenzielle oder die aktuelle Verdunstung.

Die Vorhersagen sind auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen möglich. Die präzisesten Ergebnisse werden hierbei an den Punkten erreicht, an denen kontinuierlich Daten erhoben werden und das Modell optimiert werden kann. Um flächendeckende Informationen für die Anbaugebiete der Betriebe liefern zu können, werden zusätzlich luftgestützte Sensorsysteme eingesetzt. So werden mit Hilfe von Drohnen Infrarotbilder erstellt, welche Unterschiede in der Wasserversorgung im Weinhang sichtbar machen. Mit Multispektralbildern können zudem Wachstumsunterschiede in den Rebzeilen erkannt werden. Die eingesetzten Drohnen können mit einer RGB-Kamera, Spektralkameras (Blau, Grün, Rot, Red Edge und Nahinfrarot) oder einer Thermalkamera bestückt werden, die dank hochauflösender Sensoren und stabilisierter Bilderfassungssysteme hochwertige Aufnahmen liefern. Damit die Drohnen eine anspruchsvolle Hanglage automatisiert befliegen können, wird ein Geländemodell integriert. Ein solcher Flug dauert hierbei für eine Fläche von circa einem Hektar je nach Wetterlage rund 30 Minuten. Mit der entsprechenden Software werden aus den Bilddaten mittels Photogrammetrie 3D-Punktwolken erzeugt. Hieraus lassen sich Karten mit lagegenauen Indikatoren des Trockenstresses, der Vegetationsentwicklung (beispielsweise der Normalized Difference Vegetation Index, siehe Abbildung 3) oder Unterschiede in der Laubwanddichte und Strahlungsaufnahme erzeugen. Diese Daten werden zunächst für die Bestimmung des Pflanzenzustandes genutzt. Zukünftig ergeben sich für die Winzerinnen und Winzer dadurch weitere Handlungsoptionen.

Zum heutigen Zeitpunkt ist es eine große Herausforderung, den richtigen Mix an eingesetzten Technologien für eine effiziente, verlässliche und gleichzeitig preiswerte Überwachung des Wasserhaushaltes und der Gesundheit der Kulturpflanzen zu bestimmen. Darüber hinaus lassen sich viele Arbeiten, die früher per Hand erledigt wurden, digital ersetzen. Insbesondere können Sprühdrohnen die Arbeitswirtschaft im Weinbau in Handarbeitslagen spürbar verbessern und den Eintrag von Pflanzenschutzmitteln in die Umwelt reduzieren. Zwar befinden sich bereits einige Lösungen auf dem Markt, in der Praxis ist es für Landwirtinnen und Landwirte allerdings schwierig, die für ihre Anbaufläche am besten geeigneten Systeme auszuwählen beziehungs-
weise zu kombinieren. In der Zukunft erscheinen besonders zwei Entwicklungspfade interessant. So könnten sich einerseits Dienstleister am Markt etablieren, die Landwirtinnen und Landwirten passgenaue Beratungen anbieten und Full-Service-Lösungen für die unterschiedlichen regionalen Ansprüche bereitstellen. Hierfür stellen sie aus einem breiten Portfolio an verschiedenen Technologiemodulen individuelle Pakete zusammen. Langfristig könnten die Betriebe aber auch selbst spezielle Fachkompetenzen aufbauen, um an ihren Bedürfnissen angepasste Technologiekomponenten von unterschiedlichen Anbietern zu kombinieren. Dies wäre aber nur möglich, wenn zukünftig die entsprechenden Technologien interoperabel sind. Beide Pfade sind mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen für die Betriebe verbunden.
Für eine erfolgreiche Transformation kommt es darauf an, den Betrieben genügend Räume, Möglichkeiten und praxistaugliche Informationen anzubieten, damit sie umfassend neue technologische Möglichkeiten zielgerichtet kennenlernen und ausprobieren können.[/vc_column_text][ult_createlink title=“zu den Literaturangaben“ btn_link=“url:https%3A%2F%2Fbit.ly%2F3qXvgDv|target:_blank“][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][ult_dualbutton btn_hover_style=“Style 2″ btn_border_style=“solid“ btn_color_border=“#ffffff“ btn_border_size=“2″ btn_alignment=“left“ dual_resp=“off“ button1_text=“Einzelheft kaufen“ icon_link=“url:https%3A%2F%2Fwww.im-io.de%2Fproduct%2Flerngroesse-eins%2F|title:Lerngr%C3%B6sse%20Eins“ btn1_background_color=“#f3f3f3″ btn1_bghovercolor=“#f07d00″ icon=“Defaults-book“ icon_size=“22″ icon_color=“#f07d00″ icon_hover_color=“#ffffff“ button2_text=“Jetzt abonnieren“ btn_icon_link=“url:https%3A%2F%2Fwww.aws-institut.de%2Fim-io%2Fabo%2F|title:Abo||“ btn2_background_color=“#f3f3f3″ btn2_bghovercolor=“#f07d00″ btn_icon=“Defaults-chevron-right“ btn_icon_size=“22″ btn_icon_color=“#f07d00″ btn_iconhover_color=“#ffffff“ divider_text=“oder“ divider_text_color=“#f07d00″ divider_bg_color=“#ffffff“ btn1_text_color=“#f07d00″ btn1_text_hovercolor=“#ffffff“ btn2_text_color=“#f07d00″ btn2_text_hovercolor=“#ffffff“ title_font_size=“desktop:20px;“ btn_border_radius=“30″ title_line_ht=“desktop:22px;“ btn_width=“280″][/vc_column][/vc_row]