Pilzbefall im Weinbau mit fliegenden Lasern aufspüren

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 künftig 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 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.

Drohnenbasierte 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 sechzig Prozent aller 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.

Dazu setzen die DLR-Wissenschaftler auf das Verfahren der aktiven Fluores­zenz­detek­tion: Ein dafür opti­mierter Laser sendet ultra­violette Strahlen aus. Diese treffen auf die Reben und lösen einen Fluores­zenz-Effekt aus. Das zurück­ge­streute Fluores­zenz­licht erfassen die Wissen­schaftler mit einem speziell für diese Anwen­dung ent­wickelten Spektro­meter. Es analy­siert das zurück­ge­streute Strahlungs­spektrum, das unter­schied­lich ist, je nachdem, ob die Rebe gesund oder von einem Pilz befallen ist.

In ihrem Forschungsalltag befassen sich Kölbl und seine 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 Spin-off unserer Arbeit im Forschungs­bereich Sicher­heit des DLR", sagt Abtei­lungs­leiter Frank Duschek.

DLR / RK