Früherkennung von Borkenkäferbefall durch Drohnentechnologie
Das Verbundprojekt „PROTECTFOREST“, gefördert vom Bundeslandwirtschaftsministerium, zielte darauf ab, Borkenkäferbefall an Fichten bereits im Frühstadium zu erkennen. Über zwei Jahre hinweg entwickelten Forscher der Universität Göttingen, der Hochschule Rottenburg, der Universität Freiburg und des Drohnenherstellers CADmium einen flugfähigen Detektor für den Baumkronenbereich. Diese als „Electronic Nose“ bezeichnete Drohne, die Käferbefall anhand von Gerüchen detektiert, steht nun kurz vor dem Einsatz im Forstschutz.
Die Entwicklung des Drohnenprojekts, für das ein spezielles Halbleiter-Gas-Sensor-Setup konzipiert wurde, war mit Herausforderungen verbunden. Dazu gehörten Schwierigkeiten bei der Datenübertragung im Wald, Messprobleme durch Rotorblattturbulenzen sowie Beeinträchtigungen durch Böen und Baumwipfel. Nach einer Bruchlandung musste das Flugobjekt sogar aus einer Baumspitze geborgen werden. Trotz dieser anfänglichen Turbulenzen sorgte die „Käfer-riechende Drohne“ in den Medien für Aufmerksamkeit.
Herausforderung Borkenkäfer
Der Borkenkäfer hat in den letzten Jahren große Waldflächen in Deutschland geschädigt. Extreme Trockenheit schwächte die Bäume und begünstigte die massenhafte Vermehrung der Fichtenschädlinge. Eine solche Situation wird im Zuge des Klimawandels voraussichtlich häufiger auftreten.
Die Auswirkungen waren oft verheerend, da der Borkenkäferbefall häufig zu spät erkannt und bekämpft wird. Förster stellen den Befall durch Kupferstecher, Buchdrucker und andere Arten meist erst durch zeitaufwendige Baum-für-Baum-Kontrollen fest. Hinweise sind feines Bohrmehl am Stamm oder Harzfluss in der Baumkrone, der auf Abwehrreaktionen der Fichten hindeutet.
Wenn sich die Fichtenkrone ausdünnt und die Nadeln rot verfärben, ist die Nagetätigkeit der Borkenkäfer bereits weithin sichtbar. Zu diesem Zeitpunkt ist die Käferpopulation jedoch oft schon so groß, dass eine weitere Ausbreitung kaum noch zu verhindern ist. Das Team um Dr. Sebastian Paczkowski von der Georg-August-Universität Göttingen setzte hier an: Fichten sondern bereits beim ersten Borkenkäferbefall flüchtige organische Verbindungen (VOCs) mit dem Harzfluss ab. Die Idee war, diese Stoffe im unmittelbaren Umfeld des Baumes zu messen, um die Anwesenheit von Borkenkäfern zu detektieren.
Technologie für die Baumkrone
Da der Borkenkäferbefall bei Fichten meist in der Baumkrone beginnt, benötigten die Forscher ein fliegendes System, um in diesen Höhen messen zu können. Sie wählten eine ferngesteuerte Drohne und rüsteten diese mit speziell entwickelter Technik aus. Dazu gehörten eine Sammelvorrichtung für die VOC-Analyse im Labor, ein Halbleiter-Gas-Sensor zur Online-Detektion von VOCs über dem Kronendach sowie ein System zur Datenerfassung und -übertragung. Nach der Abstimmung aller Komponenten erfolgten Feldversuche bei drei kooperierenden Forstunternehmen.
Positive Ergebnisse und Ausblick
Die Ergebnisse der zweijährigen Entwicklungszeit waren vielversprechend. Dr. Sebastian Paczkowski zieht ein positives Fazit:
Mit der Kombination aus Drohneneinsatz und Gas-Sensorik können wir potentiell Insektenkalamitäten bereits im ersten Jahr des Befalls lokalisieren. Die Reaktionszeiten für den effizienten Forstschutz können sich so im Vergleich zu konventionellen oder drohnengestützten optischen Verfahren um bis zu ein Jahr verkürzen lassen.
Der Wissenschaftler betont, dass PROTECTFOREST den Zeit- und Kostenaufwand der Käferdetektion reduziert und die Kontrolle schwer zugänglicher Flächen erleichtert. Die Sensordaten können direkt ins Internet übertragen werden, um mittels HeatMaps Karten mit Käferbefall zu erstellen. Aufgrund der positiven Ergebnisse arbeitet das Team an einer Weiterentwicklung, die eine Ausweitung des Einsatzes der „riechenden“ Drohne auf andere Bereiche, wie die Landwirtschaft, vorsieht.
Ein weiteres Forschungsprojekt wurde eingereicht, um die Aufklärungsrate von Borkenkäferbefall zu untersuchen und die Effizienz der fliegenden „Electronic Nose“ zu belegen. Zudem wird eine Unternehmensausgründung mit dem patentierten Detektorsystem in Betracht gezogen, um die Technologie schnell in den praktischen Einsatz zu bringen und zur Eindämmung von Borkenkäferkalamitäten beizutragen.