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Die Ernte von morgen im Blick der Forschung free

Ohne Forschung kein Fortschritt – das gilt auch für die Agrarbranche. Drei Forscherteams mit ganz verschiedenen Ansätzen haben den Acker und die darauf wachsenden Früchte zu ihrem Schwerpunkt gemacht. AdobeStock / ipopba

Ob Ernteerträge in Echtzeit messen oder Wetterdaten für Versicherungen voraussagen – die Pflanzen auf dem Acker stehen häufig im Fokus der Wissenschaften. Wir stellen drei Forschungsarbeiten mit vielversprechenden Ansätzen vor.

Ackerfläche ist ein begrenztes Gut und sie wird täglich weniger. Doch sie ist der begrenzenden Faktor für den Anbau von Nahrungsmitteln. Eine schnelleres Pflanzenwachstum durch bessere Photosynthese und damit einhergehende Verringerungen der erforderlichen Bodenfläche ist daher das Ziel eines Forscherteams von der niederländischen Universität in Wageningen.

Dort wurde entdeckt, dass manche Pflanzen Sonnenlicht besser für ihr Wachstum nutzen als andere. Die Forscher haben herausgefunden, dass dieser Photosyntheseprozess an eine genetische Variation der Pflanze gekoppelt ist. Mit beiden Erkenntnissen zusammen, sollen Pflanzenzüchter nun in der Lage sein, Pflanzen zu entwickeln, die Boden, Wasser und Nährstoffe effizienter nutzen können.

Diese neue Erkenntnis ermöglicht es den Züchtern, Pflanzen zu entwickeln, die einen höheren Ertrag bringen.

Mark Aarts, Professor für Pflanzengenetik, Universität Wageningen

„Die Photosynthese gibt es seit etwa zwei Mio. Jahren. Deshalb gingen die Wissenschaftler bisher davon aus, dass sie voll entwickelt ist und die Pflanzen mit maximaler Effizienz arbeiten“, so der Mark Aarts, Professor für Pflanzengenetik, in seinem Weblog. Doch einige Pflanzen nutzen das Sonnenlicht besser als andere.

Laut Aarts ist das jedoch nicht so: Die Pflanzen scheinen nicht mehr als 0,5 bis 1% des verfügbaren Sonnenlichts zu nutzen. Einige Pflanzen nutzen die Sonne jedoch viel besser als andere. Die Forscher haben in ihrer Arbeit versucht, diese beiden Pflanzentypen zu kombinieren. Sie ersetzten die Chloroplasten einer Kresseart durch die einer anderen Pflanze, ohne dass das genetische Material der Chromosomen verändert wurde.

Der sogenannte „Phenovator“ liefert mehrmals täglich Ergebnisse über den Photosyntheseprozess von mehr als 1440 Pflanzen. Foto: Tom Theeuwen, WUR

Dank dieser neuen Methode können die Forscher nun die „Originalpflanzen“ mit Pflanzen vergleichen, die über die „neuen“ Chloroplasten verfügen. Einige der neu gezüchteten Pflanzen ergaben bereits Pflanzen mit verbessertem Wachstum.

„Diese neue Erkenntnis ermöglicht es den Züchtern, Pflanzen zu entwickeln, die einen höheren Ertrag bringen“, sagt Aarts. „Wir glauben, dass wir in der Lage sein könnten, Pflanzen zu züchten, die bis zu 1,5 % des verfügbaren Sonnenlichts nutzen können, statt wie bisher nur 0,5 %. Das ist eine gewaltige Verbesserung.“

Ernteergebnisse in Echtzeit

Wissenschaftler der Universität im amerikanischen Illinois haben eine neue und skalierbare Methode zur Schätzung der Pflanzenproduktivität auf dem Acker in Echtzeit entwickelt.

Insgesamt 36 Felder haben die Forscher mit ihrer Kameratechnik ausgestattet. Foto: Universität Illinois

Hyungsuk Kimm, ein Doktorand der Universität, ist der Hauptautor der Studie. Er und seine Kollegen verwendeten für ihre Studie Daten der Oberflächenreflexion. Sie messen das von der Erde abprallende Licht über den sogenannten Blattflächenindex. Er setzt die Blattmasse einer Pflanze ins Verhältnis zur Bodenfläche, die sie bedeckt.

Die Forscher haben für ihre Feldmessungen ein spezielles Kameranetzwerk mit hochauflösenden und hochfrequenten Satellitendaten vernetzt. Über ihr System wollen sie eine exakte Produktivitätsschätzungen der Ackerpflanzen abliefern.

Da ihre Satelliten den genutzten Blattflächenindex nicht direkt erfassen, hat das Forscherteam zwei mathematische Algorithmen zur Umwandlung der Oberflächenreflexion in diesen Index. Um die errechneten Daten zu überprüfen und die Algorithmen zu verbessern, stellte Kimm insgesamt 36 Kameras auf. Die Kameras wurden direkt an den Maisfeldern installiert und lieferten ihm detaillierte Bodeninformationen. Die Aufnahmen nutzte er zur Verfeinerung der satellitengestützten Schätzungen des Blattflächenindex.

Die Forscher prüfte die Satellitenergebnisse, indem sie die errechneten Zahlen mit denen in der Wirklichkeit verglichen. Dazu mussten die Wissenschaftler wöchentlich mit einem Spezialgerät die Maisblattfläche von Hand nachmessen. Am Ende stimmten die Satellitenschätzungen des Blattflächenindex aus den beiden Algorithmen mit den von Hand gemessenen Daten überein. Dieses Ergebnis bedeutete für die Forscher, dass die Algorithmen zuverlässige Informationen zur Schätzung des Blattflächenindex liefern.

Wir sind die ersten, die skalierbare und hochauflösende Blattflächenindex-Daten entwickeln, die von den Landwirten genutzt werden können.

Kaiyu Guan, Assistenzprofessor Universität Ilinois

Die Satellitenmethode soll es Landwirten ermöglichen, die Produktivität von Schlägen oder Teilschlägen zu erkennen und dann mit gezieltem Nährstoffmanagement, Pflanzenschutzmaßnahmen oder anderen mechanischen Strategien eingreifen zu können. Die Forscher planen, den Landwirten in naher Zukunft Echtzeitdaten zur Verfügung zu stellen.

Weniger Risiko für Versicherungen

Das Forschungsprojekt Beacon Horizon 2020 strebt die Bereitstellung eines Werkzeugkastens an, der Erdbeobachtungstechnologie mit Wetterinformationen verbindet. Foto: Beacon

Mehr Daten bedeuten für Versicherungen meistens weniger Risiko. Um die Erhebung dieser Daten für den Versicherungssektor im Agrarbereich kümmert sich derzeit ein Team des europäischen Forschungsprojektes „Beacon Horizon 2020“. Es soll Agrarversicherungen den Zugang zu Erdbeobachtungs-, Klima- und lokalisierten meteorologischen Daten und ihren Analysen ermöglichen. Durch die Verwendung von satellitengestützten Informationen, kombiniert mit Wetterinformationen und Vorhersagen, soll eine genauere Schadensbewertung und -regulierung sowie eine Betrugserkennung ermöglicht werden.

Die bisherigen Verfahren seitens der Versicherungen zur Prämienberechnungen erfolge meistens auf Grundlage von Risiken, die sich aus Schäden in der Vergangenheit ergeben. Diese Vorgehensweise funktioniert natürlich nicht bei neuen Versicherungsprodukten oder bei sich ständig ändernden klimatischen Bedingungen. Diese Unsicherheitsfaktoren führt dazu, dass Versicherungen hohe Prämien für ihr Risiko nehmen. Die Gründer sind vor einem Jahr gestartet. Das Projekt wird durch das EU-Forschungs- und Innovationsprogramm HORIZON 2020 unterstützt. Zusammen mit den Partnern sind 16 Erstnutzer an Bord des Projekts.

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