Neuartige Pflanzenerkennung für den ökologischen Ackerbau

TH Köln leistet Beitrag zur herbizidfreien Unkrautbekämpfung

Die chemische Unkrautbekämpfung gerät zunehmend an Grenzen: Pflanzenschutzmittel können Umwelt und Organismen belasten, Unkräuter entwickeln vermehrt Resistenzen und die Zulassung neuer chemischer Wirkstoffe wird schwieriger. Aus diesen Gründen werden mechanische Verfahren zur Unkrautbekämpfung für die Landwirtschaft immer wichtiger. Das Institut für Bau- und Landmaschinentechnik der TH Köln entwickelt deshalb im Projekt ABHA seit 2020 eine neuartige Pflanzenerkennung zur Steuerung von Hackwerkzeugen im Maisanbau. Darüber hinaus wurden mehrjährige Feldversuche durchgeführt, die das Potenzial mechanischer Verfahren verdeutlichen. 

„In der Regel werden Maispflanzen in Reihen mit gleichmäßigem Abstand angebaut, damit sie später ausreichend Platz zum Wachsen haben. Zwischen und in diesen Reihen können sich jedoch Unkräuter ausbreiten, die den Pflanzen schaden. Diese können mechanisch mit so genannten Hacken entfernt werden. Dazu müssen die Werkzeuge des Arbeitsgeräts aber an den Maispflanzen ausgerichtet werden, damit sie die Nutzpflanzen nicht beschädigen“, sagt Prof. Dr. Till Meinel vom Institut für Bau- und Landmaschinentechnik der TH Köln. Das funktioniere bislang meistens mit Hilfe von Kameras und Analyse-Software. Solche Systeme seien allerdings teuer und könnten Mais und Unkraut teilweise nur unzureichend erkennen und unterscheiden.

Das Projektteam arbeitet daher in einem ersten Arbeitspaket an einem taktilen Sensorsystem zur Pflanzenerkennung, das auf so genannten Reihentastern basiert. Mit diesen können bereits heute die einzelnen Reihen auf dem Feld abgetastet werden, damit das Arbeitsgerät bei der Unkrautbekämpfung in der korrekten Spur bleibt. „Wir wollen dieses System vor allem für kleine Pflanzen und die Bereiche innerhalb der Reihen optimieren. Das dort wachsende Unkraut steht am nächsten zu den Kulturpflanzen und stellt so die größte Konkurrenz dar. Dazu arbeiten wir mit Tastbügeln, welche die einzelnen Maispflanzen zunächst mechanisch abtasten. Wird eine Pflanze erfasst, wird ein Signal an Hackwerkzeuge gesendet, die den Boden im Bereich um die Pflanze auflockern und so das Unkraut entfernen“, erklärt Meinel. Diese Methode wurde in Laborversuchen bereits erfolgreich getestet und soll bis zum Projektende weiter optimiert werden.

Feldversuche verdeutlichen Potenzial der mechanischen Unkrautbekämpfung

Neben der Entwicklung, dem Bau und der Integration der taktilen Sensorik in eine Landmaschine umfasst das Projekt ABHA in einem zweiten, jetzt abgeschlossenen Arbeitspaket auch einen ackerbaulichen Schwerpunkt. Ziel war es, die Wirkungsweise der mechanischen Unkrautregulierung im Vergleich zu anderen Verfahren zu bewerten. Dazu wurden in mehrjährigen Feldversuchen im Kölner Umland drei verschiedene Varianten der Unkrautbekämpfung bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen miteinander verglichen: der Einsatz von Herbiziden, das Hacken zwischen den Reihen sowie das Hacken zwischen und in den Reihen. Zudem gab es eine Nullvariante, bei der das Unkraut nicht bekämpft wurde.

Insgesamt wurden in den Jahren 2021, 2022 und 2023 auf drei Feldern jeweils 16 Parzellen mit den verschiedenen Varianten angelegt und entsprechend bearbeitet. In regelmäßigen Abständen zählte das Team das vorhandene Unkraut und die Maispflanzen in den Parzellen. Abgeschlossen wurden die Feldversuche mit einer Ertragserfassung. „Dabei haben wir festgestellt, dass die Erträge bei der mechanischen Bearbeitung zwischen und in den Reihen in sieben von neun Fällen gleich oder sogar höher waren als bei der chemischen Behandlung“, erläutert Simon Kubinski, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Bau- und Landmaschinentechnik. „Die höheren Erträge lassen sich dadurch erklären, dass der Mais durch die Spritzmittel in seinem Wachstum gehemmt werden kann, während das Hacken den Gasaustausch erhöht und die Kapillare unterbricht. Dies scheint auch den Verlust von Bodenfeuchte im Hackhorizont, also dem durch die Hacke bearbeiteten Bereich des Bodens, wettzumachen, der mit dem Hacken einhergeht.“

Darüber hinaus lieferten die Feldversuche wichtige Erkenntnisse darüber, wie die mechanische Unkrautbekämpfung noch effektiver gestaltet werden kann, so Kubinski: „Ein besonders früher erster Hacktermin, etwa zwei bis dreieinhalb Wochen nach der Aussaat, kann einen ausreichenden Wachstumsvorsprung der Maispflanzen sichern. Zu diesem Zeitpunkt verzeiht der Mais auch noch Fehleinstellungen der Hacke“, so Kubinski. Darüber hinaus habe sich gezeigt, dass die meisten nicht erfassten Unkräuter so groß werden, dass sie sich vermehren und so den Ertrag langfristig beeinflussen können. Entsprechend wichtig sei die Optimierung der Pflanzenerkennung und Werkzeugsteuerung.

Über das Projekt

Das Forschungsprojekt „Abrasive Hacktechnik für den nachhaltigen Ackerbau“ (ABHA) wird noch bis September 2024 durch die Landwirtschaftliche Rentenbank gefördert. Es wird am Institut für Bau- und Landmaschinentechnik (IBL) der TH Köln von Prof. Dr. Till Meinel geleitet. Für die Begleitung der agrarwissenschaftlichen Feldversuche ist zudem Prof. Dr. Wolfgang Kath-Petersen, ebenfalls vom IBL, beteiligt. Projektpartner ist die Feldklasse GmbH. Das Unternehmen ist aus einem vom Gateway Gründungsservice der TH Köln unterstützten Start-up hervorgegangen. Neben dem Exist-Gründungsstipendium des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz erhielt es ein Mentoring von Prof. Dr. Kath-Petersen.

Quelle: www.th-koeln.de
Abbildung: Im Projekt ABHA entwickelt die TH Köln eine neuartige Pflanzenerkennung zur Steuerung von Hackwerkzeugen im Maisanbau. (© IBL/TH Köln)