Thermografie in der Landwirtschaft: Pflanzenbau und Tierhaltung
In der Landwirtschaft und Präzisionslandwirtschaft spielen wirtschaftliche, ökologische und soziale Faktoren eine zunehmend wichtige Rolle. Ziele sind dabei u. a. die Sicherstellung der Bevölkerungsversorgung, Nachhaltigkeit im Sinne eines ressourcenschonenden und umweltverträglichen Landbaus, Agrobiodiversität sowie Pflanzenschutz. Im Bereich der Tierhaltung stehen sowohl Tier- und Umweltschutz als auch das Tierwohl im Fokus.
Mit Hilfe der Thermografie können zielführende Erkenntnisse gewonnen werden, um beispielsweise die biologische Vielfalt von Nutzpflanzen zu fördern und robustere Sorten zu züchten. In der Tierhaltung erlaubt die Thermografie u. a. Rückschlüsse auf die Tiergesundheit.
Seit vielen Jahren hat sich deshalb die Thermografie als Messverfahren in der Landwirtschaft etabliert. Sowohl am Boden als auch aus der Luft liefert sie zuverlässige Daten zur Temperaturverteilung und erlaubt eine Zustandsbetrachtung in Echtzeit. Im Rahmen der Präzisionslandwirtschaft (Precision Farming ) bietet die Thermografie und Agrarforschung die Möglichkeit:
Unterschiedliche mikroklimatische Bedingungen zu erfassen
Die Ertragsfähigkeit innerhalb eines Feldes zu ermitteln
Rückschlüsse auf die Pflanzenentwicklung und -gesundheit zu ziehen
Die Lagerung von Saatgut und Ernteprodukten zu überwachen
In der Viehwirtschaft kommen ebenfalls Wärmebildkameras zum Einsatz. Die industrielle Tierzucht nutzt diese Messmethode, um beispielsweise frühzeitig Krankheiten zu erkennen oder generelle Informationen über den gesundheitlichen Zustand der Tiere zu erhalten.
All dies geschieht berührungslos und ohne Beeinflussung der Pflanzen und Tiere.
Wärmebildkameras für die Pflanzenforschung
Der Anbau von Kulturen wie Getreide, Rüben oder anderen Nutzpflanzen wird immer herausfordernder. Umweltbedingungen wie extreme Hitze, Trockenheit oder andauernde Niederschläge wirken sich auf die Gesundheit und das Wachstum der Pflanzen aus. Aus diesem Grund ist es das Ziel einiger Forschungsprojekte, resistentere und robustere Sorten zu entwickeln.
Zum Einsatz kommen dabei u. a. Wärmebildkameras. Stehen Pflanzen beispielsweise unter Trockenstress, ändert sich deren Temperatur im Vergleich zum Normalzustand. Somit ist es möglich, mit Hilfe der Thermografie, die exakten Oberflächentemperaturen auf dem Blatt und deren Verteilung zu messen. Entscheidend ist dabei die Transpiration, also die Verdunstung des Wassers über die Blattoberfläche.
Alle Prozesse im Inneren der Pflanze produzieren Wärme. Diese wird bei der Transpiration des Wassers aufgenommen und über die Blattoberfläche abgegeben. Ist zu wenig Wasser vorhanden, kann diese Wärme nicht optimal abgebaut werden und die Temperatur der Pflanze steigt. Selbst kleinste Temperaturveränderungen können dann mit Wärmebildkameras von InfraTec durch die hohe thermische Auflösung von bis zu 20 mK erfasst werden. Weiterhin verfügen die Kameras über verschiedene, lichtstarke Wechselobjektive. So gelingt die Anpassung an nahezu jede Objektgröße und -distanz problemlos, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Die daraus resultierenden Forschungsergebnisse liefern Erkenntnisse darüber, wie anpassungsfähig und robust eine Pflanzensorte ist und welche Sorten weiterhin gezüchtet werden. Die KWS SAAT SE & Co. KGaA nutzt zu diesem Zweck eine Wärmebildkamera von InfraTec.
Thermografie in der Präzisionslandwirtschaft
Auch bei der Pflanzenzustandsanalyse, beim sogenannten Precision Farming, spielt die Transpiration der Pflanzen eine entscheidende Rolle. Wie in der Pflanzenforschung wird auch hier die Blatttemperatur gemessen, um Informationen über den Wasserhaushalt der Pflanzen zu erhalten. Allerdings mit dem Ziel der Wachstumskontrolle und -optimierung sowie einer bedarfsgerechten Bewässerungsplanung. Von Vorteil ist hier das große Detektorformat der Thermografiesysteme von InfraTec mit (1.024 x 768) IR-Pixeln bzw. die innovative MicroScan-Technologie, welche Aufnahmen mit (2.048 x 1.536) IR-Pixeln und dadurch großflächige Beobachtungen ermöglicht.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Erkennung von Pflanzenkrankheiten und Schädlingsbefall. Die Transpiration einer Pflanze hängt nicht nur von äußeren Bedingungen wie Wind, Temperatur und Luftfeuchte ab, sondern auch von den pflanzenspezifischen Oberflächeneigenschaften. Ist das Blatt durch Schädlingsbefall oder eine Pflanzenkrankheit beeinträchtigt, verändert sich das Transpirationsverhalten. Dies wiederum wird durch die Veränderung der Blatttemperatur deutlich und mit Hilfe einer Wärmebildkamera messbar. InfraTec-Kameras erfassen auch hier geringste Temperaturunterschiede. Im Ergebnis kann sofort auf den Befall oder die Krankheit reagiert und entsprechende Analysen sowie der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln organisiert werden.
Qualitätssicherung bei der Kartoffellagerung
Aufgrund ihrer Eigenschaften stellen Kartoffeln sehr hohe Anforderungen an eine möglichst verlustfreie Lagerung. Ihr sehr hoher Wassergehalt macht die Erdknolle für Schimmelpilze und Fäulnis besonders anfällig. Zusätzlich muss die Lagertemperatur für Kartoffeln konstant gehalten werden. Ist die Temperatur zu niedrig, wird die Kartoffelstärke in Zucker umgewandelt; ist die Temperatur zu hoch, verdunstet zu viel Wasser und die Kartoffeln werden runzelig und beginnen zu keimen.
Für eine optimale Lagertemperatur ist eine exakte Prozesssteuerung notwendig. Dies gelingt u. a. mit Hilfe der Thermografie. Denn Wärmebildkameras ermöglichen die großflächige Überwachung des Lagers und erkennen dank der hohen Messgenauigkeit geringste Temperaturveränderungen. Der Vorteil einer Wärmebildkamera gegenüber Temperatur-Messfühlern (Sensoren) liegt darin, dass durch eine geometrische Auflösung von bis zu 3.1 MegaPixeln Temperaturen deutliche detaillierter und effizienter gemessen werden können als bei einer punktuellen Messung. Kameras geben somit ein Gesamtbild über die lokalen Unterschiede der Temperaturverläufe an der Oberfläche des Lagerguts. Somit ermöglichen die gewonnenen Daten eine Prozessoptimierung und die optimale Klimatisierung.
Tierschutz: Thermografie zum Schutz vor Unfällen mit Landwirtschaftsmaschinen
Jedes Jahr fallen den Land- und Erntemaschinen zahlreiche Wildtiere zum Opfer. Viele Landwirte greifen bereits auf Wärmebildkameras in Kombination mit Drohnen zurück, um zum einen die Tiere zu schützen und zum anderen Schäden an den Maschinen oder gar eine Kontaminierung des Ernteguts zu verhindern. Mit Hilfe der großen Detektorformate der Thermografiesysteme von InfraTec sowie der thermischen Empfindlichkeit von bis zu 20 mK lassen sich Wildunfälle zuverlässig vermeiden. Wärmebildkameras von InfraTec spüren die Tiere am Boden auf und übermitteln die Bilder in Echtzeit auf das Ausgabegerät. Sofort können entsprechende Verlegungsmaßnahmen eingeleitet werden.
Tierhaltung: Für das Wohl der Tiere
Wärmebildkameras erlauben die sehr genaue Messung der Körpertemperatur von Tieren. Vor allem im Bereich der Tierzucht geht es um die Überwachung des Gesundheitszustandes. Kleinste Veränderungen der Körpertemperatur können ein Hinweis auf entstehende Krankheiten sein und ermöglichen ein sofortiges Eingreifen.
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