Biophysikalische Parameter

In einer Welt, in der die Bevölkerung rasch zunimmt, Agrarland und Ressourcen aber begrenzt sind, versuchen viele landwirtschaftliche Methoden, Produktivität mit so geringer Umweltbelastung wie möglich zu verbinden.

Mit diesem Ziel vor Augen ist es mittlerweile üblich, Satelliten-, Luft- oder Drohnenbilder nutzbringend einzusetzen, um einen Überblick über die Parzelle zu erhalten und Landwirten dabei zu helfen, auf ihren Feldern die richtige Menge an Düngemitteln, Schädlingsbekämpfungsmitteln und Wasser an den richtigen Stellen und zum entscheidenden Zeitpunkt einzusetzen. Die heute am weitesten verbreitete Methodik zur Einschätzung der pflanzlichen Entwicklung aus diesen Bildern ist der sogenannte normalisierte differenzierte Vegetationsindex NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Er kann leicht berechnet werden und liefert einen guten Überblick über die unterschiedlichen pflanzlichen Entwicklungsstadien: eine NDVI-Karte zeigt, wo eine hohe und wo eine geringe Dichte vitaler grüner Vegetation vorhanden ist. Doch der NDVI hat nur eine beschränkte Aussagekraft, denn er stellt eine relative Bewertung der Differenzen in der Pflanzenentwicklung dar – der NDVI wird von den Lichtbedingungen, dem Bildwinkel und dem Sensor beeinflusst und nähert sich der Sättigungsgrenze, je mehr die Pflanzendecke geschlossen ist. Deshalb muss das NDVI-Modell, wenn es absolute Informationen liefern soll, durch Bodenmessungen kalibriert werden, die synchron zu den Aufnahmen gemacht werden sollten. Andernfalls ist ein konsistentes Monitoring über einen längeren Zeitraum mit diesem Index nicht möglich.

Es existiert aber eine verbesserte Methode. Man spricht dabei von der Extraktion biophysikalischer Parameter. Sie benötigt zwar ausgeklügelte und komplexe Verarbeitungsalgorithmen, erlaubt aber eine absolute Mengenbestimmung der Biomasse und der Stickstoffversorgung, indem verschiedene Indikatoren berechnet werden, wie der Anteil der Bedeckung mit grüner Vegetation (fCover), der Anteil an fotosynthetisch aktiver Strahlung, die absorbiert wird (FAPAR – Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation), der Blattflächenindex, der Chlorophyllgehalt, der Anteil der Bedeckung mit brauner Vegetation, usw.

Begriff Beschreibung Wert Bedeutung
fCover – Anteil der Bedeckung mit grüner Vegetation % der Bodenoberfläche, die, von oben gesehen, von Pflanzen bedeckt ist 0 bis 1; 1 entspricht einer Situation, wo der Boden vollkommen von Vegetation bedeckt ist Erlaubt mit anderen Indikatoren zusammen eine Bestimmung der Biomasse
FAPAR (Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation) – Anteil an fotosynthetisch aktiver Strahlung, die absorbiert wird % des Sonnenlichts, das im Rahmen der Fotosynthese von der Pflanze absorbiert wird 0 bis 1; 1 entspricht einer voll aktiven Fotosynthese Steht in direkter Verbindung zur Fotosyntheseaktivität, erlaubt mit anderen Indikatoren zusammen eine Bestimmung der Biomasse und ihres Zuwachses
LAI (Leaf Area Index) – Blattflächenindex Anzahl der Quadratmeter Blattfläche, die pro Quadratmeter Bodenfläche vorhandenen ist Bis zu 5 bis 7 für die meisten Pflanzen (eine geschlossene Blattdecke ist bei 3–4 erreicht) Ermöglicht mit anderen Indikatoren zusammen eine Bestimmung der Biomasse
Chlorophyllgehalt Gehalt an Chlorophyll A und B pro Flächeneinheit an Blättern Reicht typischerweise von 20 bis 80 µg / cm2 Erlaubt zusammen mit der Biomasse, die Stickstoffkonzentration zu bestimmen und daraus Empfehlungen für die Stickstoffzugabe abzuleiten
fNPV (fractional cover of Non Photosynthetic Vegetation) – Anteil der Bedeckung mit fotosynthetisch nicht aktiver, brauner Vegetation % der Bodenoberfläche, die, von oben gesehen, von braunen Blättern bedeckt ist Reicht von 0 bis 1; 1 entspricht einer Situation, wo der Boden vollkommen von brauner Vegetation bedeckt ist Das kann Stress anzeigen, oder einen gewissen Grad von Alterung / Reife der Anbaupflanzen. Kann verwendet werden, um Empfehlungen für die Ernte oder die Bewässerung abzugeben

 

Die biophysikalischen Parameter sind zuverlässig und unabhängig von Bildwinkel, Sensor und Lichtbedingungen. Sie können dann auf recht einfache Art und Weise verwendet werden, um die Pflanzenentwicklung zu verfolgen und die Situation an zwei verschiedenen Zeitpunkten ohne Störeinflüsse und ohne Bodenmessungen zu vergleichen. Wenn sie in Verbindung mit landwirtschaftlichen Modellen genutzt werden, können daraus auf effiziente Art Empfehlungen abgeleitet werden, um Düngemittel und Wasser genau zu dosieren, Wachstumsregulatoren und Pestizide richtig einzusetzen, letztendlich weniger Chemikalien zu verwenden und die Umweltbelastung durch die Landwirtschaft zu verringern.

Airbus Defence and Space verwendet seit über 15 Jahren biophysikalische Parameter für seine landwirtschaftlichen Serviceleistungen, von der Präzisionslandwirtschaft innerhalb eines Feldes bis zu landesweiten Indexkarten für Versicherer des Futtermittelanbaus.

Biophysikalische Parameter