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Fernerkundung

Projektdaten

  • Status: abgeschlossen
  • Mitarbeiter/in: Markus Blomberg
  • Betreuer/in: Christa Hoffmann

Die Fernerkundung landwirtschaftlicher Flächen mit Flugzeugen oder Satelliten wird zunehmend genutzt, um flächendeckende Informationen über die Art der landwirtschaftlichen Nutzung oder über spezielle Eigenschaften eines Pflanzenbestandes zu gewinnen.

Ein großer Vorteil dieser Methode liegt darin, dass ein Pflanzenbestand ohne eigentliche Probenahme auf dem Feld, also nicht-destruktiv, charakterisiert werden kann.

 



Vegetationsindex NDVI eines Zuckerrübenbestandes aus Fernerkundungsaufnahme, 18. Juni 2002, ParensenIn der Fernerkundung werden die reflektierten Anteile des Sonnenlichts oder die thermische Eigenstrahlung von Pflanzenbeständen bei verschiedenen Wellenlängen gemessen. Die Ergebnisse werden zumeist bildhaft dargestellt.

Die wichtigsten Bereiche der Nutzung der Fernerkundung in der Landwirtschaft sind:

  • Nutzungskartierung (Überprüfung von Flächenprämien-ansprüchen, Erfassung des Anbauumfangs einzelner Feldfrüchte),
  • Zustandserhebung (Erfassen von großflächig auftretenden Pflanzenkrankheiten, tierischem Schädlingsbefall, Witterungsschäden, z.B. Hagelschlag, Erfassung des Zustandes von Boden und Vegetation)
  • Ertragsabschätzung.

VegetationindicesIn der Fernerkundung können mit Hilfe multispektraler Aufnahmen Vegetationsindices ermittelt werden. Diese geben durch Farbe und Helligkeit in einer Überfliegungsaufnahme Auskunft über Zustand und Dichte des Pflanzenbewuchses auf der Erdoberfläche. Sie machen sich die Tatsache zunutze, dass Blattpigmente von gesunder Vegetation die einfallende Sonnenstrahlung in ganz besonderer Weise reflektieren. Vom sichtbaren Licht reflektiert grüne Vegetation nur verhältnismäßig wenig. Im nahen Infrarot (NIR) dagegen ist die Reflexion von Pflanzenbeständen deutlich höher als die von trockenem Boden oder Wasserflächen.

Der am häufigsten genutzte Vegetationsindex ist der NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Er nutzt den starken Kontrast der Reflexion photosynthetisch aktiver Vegetation im sichtbaren Rot (ROT) und nahen Infrarot (NIR). Im sichtbaren Rot wird bei einer Wellenlänge von 650 nm gemessen, im nahen Infrarot bei einer Wellenlänge von 850 nm.

NDVI = (NIR – ROT) / (NIR + ROT)

Der NDVI schwankt zwischen –1 und +1. Werte kleiner 0 kommen nur für Gewässer und asphaltierte Flächen vor. Je höher die Bodenbedeckung und der Chlorophyllgehalt des Bestandes sind, desto höher ist der NDVI.

Vegetationsindices sind somit ein Maß für die pflanzlichen Biomasse und deren Vitalität. Mit ihrer Hilfe kann der Entwicklungsstand eines Pflanzenbestandes ermittelt werden.

NDVI von Zuckerrüben aus Fernerkundungs-aufnahme, 30. Juni 2001, Versuchsfeld „Ortfeld“ in HarsteAuf den Fernerkundungsaufnahmen ist die unterschiedliche Entwicklung der Zuckerrüben anhand der Farbgebung sehr gut zu erkennen. Dunkelrote Flächen kennzeichnen einen hohen NDVI, während hellrote, orange bis hin zu grünen Flächen einen niedrigen NDVI anzeigen.

Allerdings ist auf den Aufnahmen nicht zu erkennen, aus welchem Grund der NDVI hoch oder niedrig ist. Das muss vor Ort oder aus Erfahrungswerten geklärt werden.

Da der NDVI nur auf Grund von Blattmasse und Chlorophyllgehalt der Pflanzen differenziert, nicht aber zwischen verschiedenen Pflanzenarten, führt eine starke Verunkrautung auch zu einem hohen NDVI. Dies ist auf den Aufnahmen allerdings nicht von einem hohem NDVI in Folge guter Blattentwicklung der Zuckerrüben zu unterscheiden. Gut zu erkennen ist jedoch eine verzögerte Pflanzenentwicklung auf Grund von Bodenverdichtungen, hoher bzw. niedriger N-Versorgung der Zuckerrüben oder auch von unterschiedlichen Bestandesdichten. Auch Bereiche im Feld, in denen Krankheiten nesterweise auftreten (Nematoden, Rhizoctonia, Blattkrankheiten) können auf Fernerkundungsaufnahmen ausgemacht werden.

Mit Hilfe der Fernerkundung können Zuckerrübenflächen in hoher zeitlicher Auflösung großflächig erfasst werden. Im frühen Sommer kann die Entwicklung eines Bestandes sehr gut beschrieben werden, da die Beziehung zwischen Blatt- und Rübenertrag noch sehr eng ist und sich die meisten Einflussfaktoren auf den Blattapparat auswirken. Allerdings ist es nur möglich, einen Unterschied zwischen einzelnen Beständen auszumachen, die Ursache für eine verzögerte Blattentwicklung kann nicht mit Fernerkundung erfasst werden und muss vor Ort geprüft werden.

Eine Abschätzung des Ertrags im Herbst alleine über die Erfassung des Bestandes mit Fernerkundung während der Vegetationsperiode war nicht möglich. Dies kann ausschließlich mit Ertragsmodellen erfolgen, die die Prozesse der Ertrags- und evtl. Qualitätentwicklung von Zuckerrüben auf Grundlage der Witterung und physiologischer Prozesse in der Pflanze simulieren. Die Bestandeserfassung über Fernerkundung bietet jedoch die Möglichkeit, Daten zur Bestandesentwicklung großflächig für eine Simulation zu erheben.

Veröffentlichungen

Hoffmann, C., M. Blomberg, 2003, Proc. 1. joint IIRB-ASSBT-Congress, San Antonio, S. 713-716
Blomberg, M., C. Hoffmann, 2004, Zuckerrübe 53, S. 38-41
Hoffmann, C., M. Blomberg, 1st joint IIRB-ASSBT-Congress , 26.02.-01.03.2003, San Antonio, USA
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