| Verbesserte Rechtssicherheit | |
|---|---|
| Entbürokratisierung | |
| Beitrag zur digitalen Transformation | |
| Vereinfachtes Datenmanagement |
Wasserbilanzmodell mittels Arable Mark 2 - Stationen und UAV-Daten
| Name | Institution | ||
|---|---|---|---|
 | Thomas Piernicke | GFZ Potsdam | thomasp@gfz-potsdam.de |
Schwierigkeitsgrad:
anspruchsvoll
Zubereitungsdauer:
lang
Reproduzierbarkeit:
national
Technologisierung:
hoch
Kurzbeschreibung
Unser Ziel bestand darin, Landwirte mit einem Tool zu unterstützen, dass ihnen bei der Entscheidung zur Bewässerungshöhe eine Hilfe bietet, sodass entsprechend der teilschlagspezifischen Gegebenheiten beregnet werden kann. Hierdurch sollte es möglich sein, Flächen mit einem größeren bzw. geringeren Bewässerungsbedarf zu identifizieren, die Bewässerungshöhe entsprechend zu wählen und dadurch Wasser, Energie und Zeit als Ressourcen zu sparen bzw. auch Erträge zu optimieren. Die Umsetzung sollte, wenigstens schwerpunktmäßig, mit fernerkundlichen Mitteln geschehen. Da das Ergebnis potenziell in den praktischen Einsatz gebracht werden sollte, musste außerdem darauf geachtet werden, die anfallen Kosten und logistische Hürden überschaubar zu halten. Die räumliche und zeitliche Auflösung sollte praxisnah gewählt werden. Hier wird eine Auflösung von 5 m bzw. 1 Tag angestrebt. ...
Um unser Ziel zu erreichen, entschieden wir uns für einen multispektralen Ansatz, bei dem im Jahr 2022 insgesamt neun Arable Mark 2 - Stationen auf unserem ca. 13 ha großen Testfeld installierten, die tägliche Informationen zum Pflanzenkoeffizienten, zum NDVI und zur Referenzverdunstung lieferten. Diese täglichen und damit zeitlich hoch aufgelösten, aber räumlich nur punktuell aufgenommenen Daten wurden durch regelmäßige multispektrale Drohnenbefliegungen ergänzt, sodass flächenhafte, und damit räumlich hoch aufgelöste Daten generiert werden können, mit deren Hilfe die Evapotranspiration - also der "Output" eine Wasserbilanz - modelliert werden kann. Als äquivalente Inputdaten dienten Niederschlagsdaten, die wir aktuell aus den Arable Mark 2 - Stationen beziehen, zukünftig aber optional aus einem Wetterradar erhalten werden, sowie Beregnungsdaten, die wir aus dem Beregnungssoftware "Raindancer" exportieren.
Um eine möglichst große Varianz bei den räumlichen Modelldaten zu erhalten, wurde die Beregnungsmenge auf zwei von vier Beregnungsspuren auf jeweils vier variierende Höhen eingestellt, die über eine Länge von jeweils ca. 170 m beibehalten wurden. Damit ergab sich ein experimentelles Design, das aus zwei Beregnungsspuren mit jeweils 4 Beregnungsplots bestand. Zusätzlich installierten wir einen unbewässerten Plot, der als Kontrolle diente. Jeder Plot verfügte über eine Arable Mark 2 - Station mit angeschlossener Bodenfeuchtesonde (Sentek, 60 cm), sowie jeweils zwei Pessl-Stationen mit angeschlossener Bodenfeuchtesonde (Sentek, 60 cm).
Die Auswertung der Befliegungsdaten erfolgte mit Hilfe der Software Pix4D Mapper, durch die nach jeder Befliegung ein NDVI-Orthomosaik des Feldes erstellt wurde.
Aus den NDVI-Daten, die die Arable Mark 2- Stationen aufgenommen haben, wurden die Werte des Pflanzenkoeffizienten modelliert. Außerdem wurden die NDVI-Daten aus den Drohnenbefliegungen an die NDVI-Daten aus den Arable Mark 2 - Stationen angepasst, sodass im nächsten Schritt der Pflanzenkoeffizient auch räumlich ermittelt werden konnte. Die Referenzverdunstung, die die Arable Mark 2 - Stationen ermitteln haben, war über das Feld nahezu gleichverteilt, sodass diese zusammen mit dem Pflanzenkoeffizienten als pflanzenspezifische Evapotranspiration mit ETc = ET0 * Kc berechnet werden konnte. Damit stand für jedes Pixel und jeden Befliegungsdurchgang ein "Output" der Wasserbilanz fest. Da die Befliegungen nur ein Mal pro Woche erfolgte, wurden die dazwischen liegenden Tage interpoliert, sodass für jeden Tag und jeden Pixel ein Wert vorlag.
Der "Input" des Modells wurde durch Niederschlag und Beregnung definiert. Die Niederschlagsdaten wurden durch die Arable Mark 2 - Stationen ermittelt und täglich inkludiert. Die Beregnungsdaten konnten wir aus der Software "Raindancer" nach jedem Beregnungsdurchgang exportieren. Durch eine räumliche Verschneidung der Daten wurde damit jedes Pixel seine individuelle Bewässerungshöhe zugewiesen. So ergibt sich das Wasserbilanzmodell mit WB = -ETc + Nd + Ir (mit ETc = pflanzenspezifische Evapotranspiration, Nd = Niederschlag, Ir = Beregnung).
Die Werte wurden für jedes Pixel jeden Tag kumuliert, sodass sich die Wasserbilanz über die Vegetationsperiode entwickelt. ...
Das Ergebnis stellt sich als eine täglich aktualisierte Karte des Schlages dar, die mit einer räumlichen Auflösung von bis zu 5 m auch kleine individuell zu beregnende Bereiche ausgibt. Hier kann der Landwirt Bereiche identifizieren, die beim nächsten Beregnungsdurchgang einer größeren Beregnungsfläche bedürfen oder bei denen Wasser eingespart werden kann. ...