Fachliches | 08. August 2018

Drohnen zum Spritzen in Steillagen

Von Manuel Becker und Tabea Steinmetz, LVWO Weinsberg
Spritzdrohnen könnten die Bewirtschaftung im Steillagenweinbau erleichtern. Im folgenden Artikel sollen Versuche zu diesem Thema, Einsatzmöglichkeiten, aber auch die Grenzen des Einsatzes vorgestellt werden.
Um die Anwendung von Spritzdrohnen in der Praxis zu untersuchen, werden derzeit von der Staatlichen Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau Weinsberg (LVWO) in Zusammenarbeit mit droneparts.de auf den Flächen von zwei Winzergenossenschaften und zwei Weingütern in Baden und in Württemberg Versuche mit der Spritzdrohne DJI Agras MG-1S durchgeführt. Diese Drohne verfügt über einen Zehn-Liter-Tank und hat ein maximales Aufstiegsgewicht von 24,8 kg.
Die technische Ausstattung erlaubt die Durchführung eines automatisierten Überflugs von Flächen mit unterschiedlichen Hangneigungen und Bewirtschaftungsvarianten. Die Drohne erfasst über Radarsensoren das Terrain und passt die Flughöhe entsprechend an. Die Fluggeschwindigkeit sowie die Pumpenleistung werden automatisch berechnet und im Flugplan hinterlegt.
 
Gerätezulassung in Arbeit
Die Spritzdrohne DJI Agras MG-15 bei Versuchen im Glottertal.
Der Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen (Drohnen) zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln ist derzeit in der Landwirtschaft und in Sonderkulturen in Deutschland verboten. Das Pflanzenschutzgesetz (§18 Abs. 2 PflSchG) sieht jedoch diese Ausbringungsart ausdrücklich im Weinbau in Steillagen und Forst über ein Genehmigungsverfahren vor. Bisher gibt es jedoch, außer Hubschraubern mit spezieller Spritzanlage, keine zugelassenen Geräte für diesen Zweck.
Aus diesem Grund hat die Firma droneparts.de aus Hessigheim in Zusammenarbeit mit der LVWO Weinsberg die Spritzdrohne DJI Agras MG-1S zur Geräteprüfung beim Julius Kühn-Institut (JKI) Braunschweig angemeldet, mit dem Ziel, das Gerät in die Liste der zugelassenen Pflanzenschutzgeräte eintragen zu lassen.
Im Jahr 2017 wurden umfangreiche Versuche zur Optimierung der Applikationstechnik und der Flugparameter durchgeführt. 2018 werden die Untersuchungen mit der Prüfung der biologischen Wirksamkeit bei verschiedenen Geländemodellen und Aufwandmengen pro Hektar fortgeführt. Von besonderem Interesse ist die Wirkung der Pflanzenschutzbehandlungen über den Blütezeitraum wegen des in Baden-Württemberg hohen Oidium-Drucks.
Zukünftige Möglichkeiten eines Einsatzes
Sinnvoll erscheint der Einsatz von Spritzdrohnen in Steillagen auf Flächen, auf denen bisher mittels Rücken- oder Schlauchspritzen Pflanzenschutzmittel ausgebracht werden. Dies umfasst Flächen, auf denen keine Genehmigung für den Einsatz von Helikoptern möglich ist, was verschiedene Gründe haben kann: die Nähe zur Wohnbebauung oder zu Gewässern oder bestehende Abstandsauflagen für Pflanzenschutzmittel. Die Drohnentechnologie ermöglicht die parzellengenaue Applikation von Pflanzenschutzmitteln in Steillagen und soll die Arbeitsstunden und körperliche Belastung im Steillagenweinbau verringern. Außerdem kann sie die Bewirtschaftung von Steillagen attraktiver und sicherer machen und dadurch zu deren Erhaltung beitragen.
Das Fluggerät soll beim JKI zugelassen werden.
Die Technologie ist keine Konkurrenz zum Helikopter, die Flächenleistung der Drohne ist dafür zu gering. Die reine Flugzeit im automatischen Flugmodus beträgt bei einer Aufwandmenge von 75 l/ha und bei zehn bis zwölf Ar Rebfläche rund fünf bis sieben Minuten, hinzu kommen Zeiten für Landung zum Batteriewechsel und Nachtanken der Spritzbrühe sowie der Rückflug zur letzten Position in der Rebfläche.
Die Applikation von Pflanzenschutzmitteln aus der Luft orientiert sich in den Versuchen an den Helikoptergrenzwerten. Die Versuche werden bis zu einer Lufttemperatur von 25 °C und einer Windgeschwindigkeit von 5 km/h durchgeführt, andernfalls können Thermik und eine schlechte Durchdringung der Laubfläche die Applikationsqualität mindern und die Abdrift erhöhen.
Versuchsstandorte
Die Steillagen des baden-württembergischen Weinbaus sind eine Herausforderung für die Bewirtschaftung. Um den verschiedenen Geländetypen Rechnung zu tragen, finden die Pflanzenschutzversuche mit der Drohne im Glottertal statt. Die Flächen um die Ortschaft Glottertal umfassen querterrassierte sowie in Falllinie orientierte Weinberge in unterschiedlichen Höhenlagen.
In Württemberg werden in den Ortschaften Lauffen, Hessigheim und Hohenhaslach Versuche durchgeführt. An der LVWO Weinsberg findet der Versuch auf einer Trollinger-Fläche statt mit den Varianten
  • Kontrolle ohne Pflanzenschutz und
  • Aufwandmengen von 75 und 150 l/ha.
Keine Variante hat einen Handlauf im Blütebereich und zum Traubenschluss, dafür wurden im Blütezeitraum die Spritzintervalle konventioneller Pflanzenschutzmittel auf sieben Tage reduziert. Bei den Versuchen im Jahr 2018 werden insgesamt acht bis neun Spritzungen durchgeführt.
Optimierung der Applikationsqualität
Als Standard-Düse für die Spritzdrohne wurde die Injektordüse IDK 90-025 des Herstellers Lechler definiert. Die Querverteilungsmessung der Spritzflüssigkeit zeigt mit dieser Düse bei verschiedenen Flughöhen ein unterschiedliches Verteilungsmuster und beeinflusst bereits so die Grundvoraussetzung für einen erfolgreichen Pflanzenschutzmitteleinsatz. Im Rahmen des Projekts wurden sechs verschiedene Düsen hinsichtlich der Querverteilung geprüft.
Die beste Querverteilung konnte für die Spritzdrohne DJI Agras MG-1S mit der Injektordüse IDK 90-025 auf einer Flughöhe von rund zwei Metern über der Messfläche ermittelt werden. Unter diesen Bedingungen konnte eine Arbeitsbreite von rund drei Metern realisiert werden.
Die Querverteilung in der Höhe von 150 cm über der Laubwand zeigt eine ungleichmäßige Verteilung über die Arbeitsbreite. Auf einer Höhe von 190 cm konnte mit der gleichen Düse eine relativ einheitliche Verteilung der Spritzflüssigkeit über die gesamte Arbeitsbreite erreicht werden.
Die Auswirkungen einer ungleichmäßigen Verteilung der Spritzflüssigkeit werden bei der Überlagerung der Querverteilungen deutlich: Innerhalb der Arbeitsbreite gibt es Bereiche mit geringen oder hohen Mengen an Spritzflüssigkeit. Diese Verteilung kann zu einer Unterdosierung führen und damit die Wirkung des Pflanzenschutzmittels reduzieren. Zu hohe Mengen an ausgebrachter Spritzflüssigkeit führen zu einem unnötig hohen Pflanzenschutzmitteleintrag und können die Pflanzen schädigen.
 
Automatische Flugsteuerung
Die Flugplanung und Einstellung der Flug- sowie der Spritzparameter werden am Tablet der Fernbedienung geplant und definiert. Vor Ort wird die Software gestartet und die Fläche über Wegpunkte eingegrenzt. In der so vorgegebenen Fläche werden die Flugbahnen in gewünschter Richtung geplant.
Durch Drücken der Taste „Start” können Ausbringmenge, Spritzmodus und Fluggeschwindigkeit eingestellt werden. Die Daten werden anschließend per Funk auf die Drohne geladen. Eine Fingerbewegung auf einem Schieber auf dem Bildschirm startet den Flug und die Spritzapplikation bei Erreichen des Startpunktes innerhalb der Fläche. Einmal einprogrammierte Flugpläne sind in der Software hinterlegt und können jederzeit wieder gestartet werden.
Die Drohne ist mit vier Düsen des Typs IDK 90-025 ausgestattet. Der Flug findet auf einer Höhe von zwei Metern über der Laubwand statt mit einer Arbeitsbreite von drei Metern. Die Fluggeschwindigkeit beträgt je nach Gelände 3,5 bis 4,5 km/h. Die Ausbringmenge für eine hohe Schlagkraft beträgt 75 l/ha.
Bisherige Erkenntnisse
Ein sehr hohes Abdrift-Minderungspotenzial bei der Applikation von Pflanzenschutzmitteln mittels Spritzdrohne zeigt sich bereits in Tastversuchen unter den beschriebenen Einsatzparametern. Die Erfahrungen aus der aktuellen Saison zeigen: Je besser die Laubarbeit auf der Fläche durchgeführt wird, desto besser ist die Applikationsqualität. Eine Freistellung der Traubenzone nach dem Schließen der Laubwand ist notwendig, damit die Pflanzenschutzmittel die Traubenoberfläche erreichen.
Bei empfindlichen Rebsorten wie Trollinger wird ein Handlauf im Blütebereich empfohlen. Die Boniturdaten zur biologischen Wirksamkeit der Pflanzenschutzmaßnahmen mittels Spritzdrohnen zeigen bisher auf allen getesteten Rebflächen und Rebsorten gute Ergebnisse.
Gefördert als EIP-Projekt mit 450.000 Euro
Programmierter Flugplan für den Überflug einer Parzelle im Glottertal
Die Versuche werden im Rahmen der Europäischen Innovationspartnerschaft „Landwirtschaftliche Produktivität und Nachhaltigkeit” (EIP-AGRI) zum Thema „Einführung von Spritzdrohnen in den Steillagenweinbau” durchgeführt. In dem Projekt wird der Einsatz der Spritzdrohne Agras MG-1S der Firma DJI zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln insbesondere in Handarbeitslagen geprüft. Die Ausbringung der Pflanzenschutzmittel soll über eine vorgeplante Flugstrecke unter Aufsicht des Anwenders beim automatischen Überflug der Rebfläche erfolgen.
Das EIP-Projekt wird gefördert vom Land Baden-Württemberg und der EU. Es verfügt über einen Budgetrahmen von rund 450.000 Euro bei einer Laufdauer von drei Jahren (2018 bis 2020). Projektpartner sind die Firma droneparts.de und die LVWO Weinsberg sowie für den badischen Landesteil die Winzergenossenschaft Glottertal und für Württemberg die Winzergenossenschaft Lauffen sowie die Weingüter Herzog von Württemberg in Ludwigsburg und das Weingut Faschian in Hessigheim.
Das Projekt hat das Ziel, die biologische Wirksamkeit und die Optimierung der Flächenleistung und Ausbringmenge beim Pflanzenschutzeinsatz mittels Spritzdrohnen bei verschiedenen Geländemodellen in Baden-Württemberg zu überprüfen. Zudem sollen unerfahrene Personen angeleitet werden, die Applikation von Pflanzenschutzmitteln durch Spritzdrohnen im Steillagenweinbau durchzuführen. Die Erfahrungen aus den Schulungen, den Flugtrainings sowie der Wartung und Instandhaltung der Spritzdrohne fließen in ein Ausbildungs- und Wartungsprogramm für zukünftige Anwender ein.Der Einsatz multispektraler Kamerasysteme soll eine Früherkennung des Krankheitsdrucks während des Überflugs ermöglichen und Pflanzenschutzmittel sollen dadurch differenziert und befallsorientiert ausgebracht werden.