Auch das Exzellenzcluster „PhenoRob - Robotik und Phänotypisierung für Nachhaltige Nutzpflanzenproduktion“ startet in dieser Anbausaison in seine Feldphase – mit insgesamt etwa 15 Experimenten an unterschiedlichen Standorten. Zentral sind die Feldexperimente am Campus Klein-Altendorf der Universität Bonn. Unter großem Druck stand demnach das Team um Geschäftsführer Prof. Dr. Ralf Pude, die Aussaat unter den neuen Sicherheitsbedingungen wegen der Corona-Pandemie so gut es geht durchzuführen. „Schon Wochen und Monate vorher haben wir alles vorbereitet. Die Samen waren bereits in über 100 Tütchen verpackt und beschriftet“, sagt Prof. Dr. Uwe Rascher vom Forschungszentrum Jülich, eine der am Cluster beteiligten wissenschaftlichen Institutionen. Nach einiger Beratung und Umplanung konnten dann seit Mitte März ein Großteil der Pflanzen wie Sommerweizen und Zuckerrübe gesät und die meisten Experimente angefangen werden. „Wir möchten besonders dem Team am Campus Klein-Altendorf danken, das mit großem Engagement daran arbeitet, die PhenoRob-Experimente in Zeiten des Coronavirus zu ermöglichen“, so Lasse Klingbeil, Forscher bei PhenoRob am Institut für Geodäsie und Geoinformation.
Teamarbeit alleine
Die große Frage hierbei ist, wie können die Arbeitsabläufe sicher organisiert werden? Normalerweise laufen beispielweise die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem Feld mit, während die Techniker mit ihren Maschinen die Samen verteilen. „Man trifft sich am Feld und macht die Arbeit gemeinsam. Um sich auszutauschen und um sicher zu gehen, dass auch die richtigen Samen in die dafür vorgesehene Parzelle kommen“, beschreibt Uwe Rascher dieses Vorgehen. Da nun aber Abstand gehalten werden muss, finden die Arbeiten, die sonst im Team gemacht werden, alleine statt. So wird z.B. morgens ausgesät und nachmittags kommen die Forscherinnen und Forscher, um mit ihren Drohnen über dem Feld Daten zu erheben. Diese voneinander getrennten Aktivitäten erfordern neben mehr Zeitaufwand auch sehr viel mehr Abstimmung, die nun über digitale Kommunikation erledigt wird. So wurde ein Infoportal als Austauschplattform eingerichtet und auch zwischendurch wird deutlich mehr kommuniziert als früher. „Gut, dass wir vor einigen Jahren dafür gesorgt haben, dass es eine stabile Internetverbindung mit WLAN am Campus Klein-Altendorf gibt“, erklärt Uwe Rascher. „So können wir nun sogar mit FaceTime direkt vom Feld miteinander sprechen und Livebilder senden.“ Und einen Vorteil haben die neuen Formen der Kommunikation auch: Eine sehr gute und direkte Dokumentation des wissenschaftlichen Vorgehens und der Datenerhebung.
Die Messungen per Drohne haben unmittelbar nach der Pflanzung begonnen und werden während der gesamten Saison fortgesetzt. Die Drohnenpiloten fliegen mit unterschiedlichen Drohnen und Sensoren in regelmäßigen Abständen von etwa ein bis zwei Wochen. Die Daten werden für verschiedene Forschungsfragen im Exzellenzcluster PhenoRob gesammelt und genutzt. Dabei kann man grundsätzlich zwischen mehreren Arten von Messungen unterscheiden. So setzt zum Beispiel die Geodäsie Messverfahren für Oberflächen ein, um ein 3D-Modell der Pflanze und deren Entwicklung zu erstellen. Durch die Bildaufnahme aus verschiedenen Blickwinkeln und dem Einsatz von Laserscannern wird das Wachstum der Pflanze von außen erfasst und dreidimensional dargestellt. Um den Zustand der Pflanze von innen zu messen, werden vom Forschungszentrum Jülich spektral auflösende Verfahren eingesetzt. Spezielle Farbkameras lösen das Licht, welches von den Pflanzen reflektiert wird, in verschiedene Farben auf. Sie können die unterschiedlichen Farbspektren sehr gut und fein auseinanderhalten und erkennen, welche Pigmente in der Pflanze vorhanden sind. So kann beispielsweise Trockenheit oder Krankheit der Pflanze anhand von Verfärbungen der Blätter früher als mit dem menschlichen Auge erkannt werden. Alle diese Verfahren dienen dem Exzellenzcluster dazu, grundlegende neue Erkenntnisse über das Wachstum von Pflanzen zu bekommen, um dieses Wissen für eine nachhaltige Landwirtschaft einzusetzen.
Obwohl die Feldexperimente gestartet sind und bereits Drohnenflüge laufen, werden die diesjährigen Daten nicht die Dichte und Qualität wie üblich erreichen, erklärt Uwe Rascher. So fand zum Beispiel in vorherigen Jahren stets ein Masterkurs mit 15 bis 20 Studierenden statt, welche die Feldversuche begleiten und eigenes Material sammeln. Dieses Jahr wird der Kurs nur online gehalten werden können, also ohne eigene Datenerhebung. Auch die bereits geplante Beteiligung internationaler Forscherinnen und Forscher für Messungen muss in Zeiten von Corona ausfallen.
Für die kommenden Jahre ist aber schon Hilfe in Sicht: Dann wird nämlich der neu entwickelte Roboter für das automatisierte Sammeln von Daten auf dem Feld genug getestet und einsatzbereit sein.
Über PhenoRob
Eines der großen Ziele unserer Gesellschaft ist es, Hunger zu bekämpfen sowie die Landwirtschaft zu verbessern und nachhaltiger zu gestalten. Eine der großen Herausforderungen besteht darin, die Pflanzenproduktion, trotz begrenzter Nutzflächen, zu erhöhen und gleichzeitig die ökologischen Folgewirkungen zu verringern. Um das zu erreichen, forscht die Universität Bonn zusammen mit dem Forschungszentrum Jülich im Cluster "PhenoRob - Robotik und Phänotypisierung für Nachhaltige Nutzpflanzenproduktion" an Methoden und neuen Technologien, um Pflanzen zu beobachten, zu analysieren, besser zu verstehen und gezielt zu behandeln. Dafür werden Felder aus der Luft sowie vom Boden aus überwacht. Computer verarbeiten diese Sensordaten so, dass Roboter automatisch einzelne Pflanzen ansteuern und behandeln können.Dies soll helfen, Landwirtschaft effizienter zu machen, neue Erkenntnisse über Pflanzenwachstum zu gewinnen und den Einsatz von chemischen Hilfsmitteln zu vermeiden. Die Konzentration und Vernetzung international renommierter Forschender in der Geodäsie, der Informatik und den Agrarwissenschaften in Bonn ist einzigartig und in dieser Form an keinem anderen Standort verfügbar.
