Waldschutz

Mit der Drohne dem Käfer auf der Spur

Bearbeitet von Jörg Fischer

Den Borkenkäferbefall an Fichten bereits im Frühstadium zu erkennen, das steckt hinter dem vom Bundeslandwirtschaftsministerium geförderten Verbundprojekt „PROTECTFOREST“. Darin arbeiteten Forscher der Universität Göttingen, der Hochschule Rottenburg, der Universität Freiburg gemeinsam mit den Drohnenentwicklern von CADmium zwei Jahre lang an einem flugfähigen Detektor für den Baumkronenbereich. Nun steht die „Electronic Nose“, die Käfer riechende Drohne, kurz vor dem Abheben in den Arbeitsalltag.

„Wir sind begeistert“, heißt es in der Science Corner der Internetseite von PROTECTFOREST. Euphorie bei Wissenschaftlern? Das allein ist schon bemerkenswert. Aber die Käfer riechende Drohne des Forschungsverbunds „PROTECTFOREST“, gefördert vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), sorgte auch in den Medien für Aufmerksamkeit.

Dabei hatte das Drohnenprojekt, für das eigens ein Halbleiter-Gas-Sensor-Setup – eine so genannte Electronic Nose – entwickelt wurde, mit einigen Turbulenzen zu kämpfen: mit der Datenübertragung im digitalwidrigen Umfeld Wald; mit Messschwierigkeiten durch Rotorblattturbulenzen; mit Böen und Baumwipfeln, die der fliegenden Spürnase arg zusetzten. Ein Baumkletterer musste das ferngesteuerte Flugobjekt nach einer Bruchlandung gar aus einer Baumspitze evakuieren. Bis zum ersten Aufklärungsflug gegen Borkenkäfer war es ein weiter Weg.

Duftspur dank Harzfluss

Dünnt sich die Fichtenkrone aus und verfärben sich ihre Nadeln rot, wird die Nagetätigkeit der Borkenkäfer weithin sichtbar. Dann sind die Käfer aber meist schon so zahlreich, dass eine weitere Ausbreitung fast nicht mehr aufzuhalten ist. Genau hier setzte die Idee des Teams um Dr. Sebastian Paczkowski von der Universität Göttingen an: Schon beim ersten Borkenkäferbefall sondern Fichten mit dem Harzfluss auch flüchtige Stoffe (volatile organic compononents, oder kurz: VOCs) ab. Misst man diese im unmittelbaren Umfeld des Baums, dann sollte dies doch die Anwesenheit von Borkenkäfern verraten, so der Gedanke.

Detektor für luftige Höhen

Das Problem: Der Borkenkäferbefall bei Fichten setzt meist in der Baumkrone ein. Um aber in den luftigen Höhen des Kronendachs messen zu können, benötigten die Forscher ein fliegendes System: Dazu wählten sie eine ferngesteuerte Drohne und rüsteten diese mit eigens konzipierter Technik aus:

  • mit einer Sammelvorrichtung für die VOC-Analyse im Labor,
  • mit einem Halbleiter-Gas-Sensor zur online-Detektion für VOCs über dem Kronendach und
  • mit einem System zur Datenerfassung und -übertragung.

Nachdem alle Komponenten aufeinander abgestimmt waren, ging es im Feldversuch bei drei mit dem Projekt kooperierenden Forstunternehmen auf Probeflug.

VOC-Detektion signifikant verbessert

Nach zwei Jahren Entwicklungszeit zieht Dr. Sebastian Paczkowski ein positives Fazit: „Mit der Kombination aus Drohneneinsatz und Gas-Sensorik können wir potenziell 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.“

Karten mit Käferbefall

Heatmap der Feldtest-Befliegung: Die Harzquellen (rot) konnte die Drohne mit ihrer Elektronic Nose lokalisieren. Ziel sind Karten mit Darstellung der Käferausbreitung.
Heatmap der Feldtest-Befliegung: Die Harzquellen (rot) konnte die Drohne mit ihrer Elektronic Nose lokalisieren. Ziel sind Karten mit Darstellung der Käferausbreitung.
Quelle: Datta, Pawan

Aufgrund der positiven Ergebnisse und Resonanz arbeitet das Team nun an einer Weiterentwicklung: Angedacht wird eine Ausweitung des Einsatzes der „riechenden“ Drohne auf andere Bereiche – etwa in der Landwirtschaft. Auch ein aufbauendes Forschungsprojekt wurde bereits eingereicht, um die Aufklärungsrate von Borkenkäferbefall zu untersuchen und damit die Effizienz der fliegenden Electronic Nose unter Beweis zu stellen. Eine Unternehmens-Ausgründung mit dem patentierten Detektorsystem steht ebenfalls im Raum, damit die Käfer riechende Drohne schnell in den Alltag abheben kann, um zur Eindämmung der Borkenkäferkalamitäten beizutragen.

Um die Borkenkäfer-Aufklärung aus der Luft ökonomisch zu gestalten, soll der ProtectForest-Kopter künftig automatisiert fliegen. Das Bild zeigt die Herausforderung: die komplexe Oberflächenstruktur eines Waldgebietes.
Um die Borkenkäfer-Aufklärung aus der Luft ökonomisch zu gestalten, soll der ProtectForest-Kopter künftig automatisiert fliegen. Das Bild zeigt die Herausforderung: die komplexe Oberflächenstruktur eines Waldgebietes.
Quelle: Datta, Pawan

Hier finden Sie den Abschlussbericht des Projekts.

Quelle: FNR (PM)