Schädlingsmonitoring mit modernsten Technologien - Automatisiertes, drohnengestütztes Monitoring der Kirschessigfliege Drosophila suzukii - ZHAW ...
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9/2019
Schädlingsmonitoring mit modernsten
Technologien
Automatisiertes, drohnengestütztes Monitoring
der Kirschessigfliege Drosophila suzukii
Johannes Fahrentrapp, Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (CH)
Schädlinge bedrohen unsere landwirtschaftlichen Kulturen. Einer dieser Schädlinge ist die Kirschessig-
fliege, die Beerenfrüchte, Kirschen und Trauben befällt. In einem internationalen Projekt entwickelt die
Forschungsgruppe Hortikultur eine Falle für die Kirschessigfliege, die mit Hilfe von Drohnen fotografiert
wird. Auf den Bildern werden mittels deep learning-Methoden die Zielinsekten im Beifang detektiert
und gezählt. Die Daten sollen in Entscheidungshilfesysteme (Decision Support Systems) integriert
werden und den Produzenten als Grundlage dienen, mögliche Maßnahmen unter Einbezug von Wetter
und Reifestatus gegen den Schädling zu ergreifen.
Kirschessigfliegen auf Weintrauben. Zum Autor
Dr. Johannes Fahrentrapp arbeitet
derzeit als Projektleiter an der Zür-
cher Hochschule für Angewandte
Wissenschaften am Institut für
Umwelt und Natürliche Ressour-
cen in Bereichen der Phytopatho-
logie, wie der Früherkennung von
Blattkrankheiten mittels moleku-
larer und bildgebender Verfahren
sowie im Schädlingsmonitoring.
Im Fokus stehen hier zum einen
die Entwicklung von Pflanzen, die
Symptome frühzeitig ausprägen
(Zeigerpflanzen) und zum ande-
ren die Automatisierung von Mo-
nitoringverfahren. Hierfür nutzt er
hauptsächlich die Weinrebe und
Tomate als Modellpflanzen. Die
laufenden Projekte sind sowohl
national als auch international ge-
fördert.
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Das Projekt Fangen, Erkennen, Zählen
Wir arbeiten gemeinsam mit For- Mit der richtigen Kombination aus
schenden der Universitäten in Wa- Farbe und Geruch werden fotografier-
geningen (NL) und Aberdeen (UK) bare Fallen eingesetzt, um die Fliegen
an der Entwicklung einer neuen und anzuziehen und zu fangen. Frühere
effizienteren Methode zur Überwa- Studien deuten darauf hin, dass rot
chung der Fruchtfliege Drosophila oder schwarz attraktiver sind als an-
suzukii. D. suzukii, auch Kirschessig- dere Farben und ein Aroma von „reif,
fliege oder kurz KEF genannt, gehört aber nicht faul“ die richtige Kombina-
zu den invasiven Arten. Sie und ihre tion sein könnte, um die KEF in die
Larven sind seit ihrer Ausbreitung Falle zu locken. „Fotografierbar“ heißt,
nach Spanien und Italien im Jahr die Falle muss eine ebene Fläche mit
2008 zu einem ernsthaften Schädling dem Zielinsekt aufweisen, die von
in ganz Europa für viele weichhäuti- außen einsehbar ist. Dafür verwende-
ge Kulturen geworden, wie beispiels- ten wir kommerziell verfügbare rote
weise Kirschen, Beeren und Trauben. Klebefallen und entwickelten einen
Die Früchte werden kurz vor oder im Prototyp. Die Klebefallen sind mit ei-
reifen Zustand befallen, also genau ner Wein-Essig-Mischung ausgerüstet,
dann, wenn wir sie ernten und kon- deren Duft die Fliegen anlockt. Der
sumieren wollen. Der erste Schritt bei Prototyp enthält denselben Duftstoff,
der Bekämpfung der KEF und zur Vor- jedoch schlüpfen die Fliegen durch
beugung von Pflanzenschäden ist die Löcher in die Falle. Wenn sie der Duft-
Erkennung der Fliege. Bekämpft wird quelle folgen, können sie hinter einer
die KEF mittels durchsichtigen Folie fotografiert wer-
• Netzen zur Abdeckung der Früchte den. Den Weg zurück finden sie nicht
oder der ganzen Anlage, mehr. Der Prototyp hat einige Vorteile
• der Anwendung von Ton- und Kalk- gegenüber der Klebefalle. Durch die
produkten sowie Insektiziden, Größe der Einfluglöcher (2 mm) wird
• Hygienemaßnahmen und zum Beispiel der Beifang reduziert
• Frühernten. und es kommt kein Leim zum Ein-
Die verschiedenen Strategien, mit satz, dem die KEF durch ihre spezi-
denen die Produzenten die KEF ab- ellen Strukturen an den Füßen häufig
wehren, erfordern eine Überwachung wieder entkommen kann.
der Fliege. Die derzeitigen Überwa- Sobald die Fliegen mit den Füßen im
chungssysteme, wie Becherfallen, Klebstoff der Fallen steckenbleiben
die mit einem flüssigen Lockstoff oder sich in der Prototypfalle verir-
bestückt werden oder die mikrosko- ren, werden sie mit hochauflösenden
pische Identifikation von Eiablagen Kameras von Drohnen fotografiert,
in Beerenproben sind zeitaufwändig, die einen Parcours von Falle zu Fal-
arbeitsintensiv und weder automati- le abfliegen und die Bilder sammeln.
sierbar noch digitalisierbar und damit Männliche Kirschessigfliegen sind auf-
kostspielig. Daher werden sie mit ge- grund ihrer Flecken auf den Flügeln
ringer räumlicher Auflösung eingesetzt relativ leicht mit dem bloßen Auge zu
und sind anfällig für Fehler. Ziel des identifizieren – daher auch ihr eng-
Projekts ist es, ein neuartiges System lischer Name Spotted Wing Droso-
zu entwickeln, das Zeitaufwand und phila. Eine Software, die zur Analyse
Kosten reduziert. Zu diesem Zweck der aufgenommenen Bilder geschult
setzen die Projektpartner eine Kom- wurde (deep learning), identifiziert
bination aus fotografierbaren Fallen, und zählt die Zielinsekten im Beifang.
Drohnenkameras und automatisier- Derzeit erreicht die Software eine Ge-
ten Bildverarbeitungstechniken ein. nauigkeit von 80%.
Danach werden die gesammelten
Daten an ein Entscheidungshilfesys- ➌
tem übertragen, um den Landwirten
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wertvolle Informationen in nutzbarer
Form zur Verfügung zu stellen. Auf-
grund dieser Informationen können Eckdaten
sie entscheiden, ob eine Insektizid- Das Forschungsprojekt ist eine
applikation möglich und nötig ist oder
ob darauf verzichtet werden kann, Zusammenarbeit zwischen David
wenn stattdessen zum Beispiel ein
R. Green UCEMM, University of
wenig früher geerntet wird. Das Ent-
scheidungshilfesystem, wie beispiels- Aberdeen, Schottland, Lammert
weise der Rebschutzwarndienst, soll
dabei das phänologische Stadium der Kooistra, Wageningen University
Wirtspflanze und die Wetterprognose and Research, Niederlanden und
➊ miteinbeziehen. Das Projekt umfasst
die Datenbereitstellung, nicht aber der Forschungsgruppe Hortikultur
die Entwicklung des Entscheidungs- am IUNR der Zürcher Hochschule
hilfesystems.
für Angewandte Wissenschaften,
Blick in die Zukunft ZHAW, in Wädenswil, Schweiz.
Die neue Monitoringmethode hat Das dreijährige Projekt mit dem
mehrere Vorteile gegenüber der bis-
herigen: Es können damit verschie- Titel „Automated Airborne Pest
dene, auch schwerer zugängliche Monitoring (AAPM) von Dro-
Lebensräume überwacht werden. Es
ist weniger arbeitsintensiv, kann au- sophila suzukii in Kulturen und
tomatisiert erfolgen und die georefe- natürlichen Lebensräumen“ hat
renzierten Daten können einfach in
Entscheidungshilfesysteme integriert ein Gesamtbudget von knapp
werden. Somit kann die KEF-Populati-
300.000 €, wurde im Rahmen
on über große Gebiete hinweg über-
wacht und eine große Menge an ver- der zweiten Ausschreibung des
lässlicheren Daten produziert werden.
Die Daten sind digital verfügbar und ERA-Nets Coordinated-Integrated
sind integrierbar in landwirtschaftliche Pest Management in Europe, C-
Managementsysteme, wie sie ver-
➋ mutlich in der Zukunft vermehrt zum IPM, gefördert und läuft bis März
Einsatz kommen werden. Diese Sys- 2020. Finanziert wird das Projekt
teme erlauben es den Produzenten,
zum richtigen Zeitpunkt in der richti- durch das Bundesamt für Land-
gen Weise zu reagieren und Pflanzen wirtschaft, die Netherlands Or-
zum Beispiel im optimalen Moment
➊ Dank Drohnen können Wege und mit Pflanzenschutzmitteln oder Hygie- ganisation for Scientific Research
Zeit gespart werden. Im Bild: DJI
nemaßnahmen zu behandeln, so
Phantom und Klebefalle Rebell (NWO) und das Department for
Rosso (Andermatt Biocontrol, dass eine maximale Wirkung erzielt
www.biocontrol.ch). werden kann. Durch die Vernetzung Environment Food & Rural Affairs
dieser Prozesse und der Einbindung
von Lieferanten und Kunden nähern (DEFRA), UK.
➋ Ein Fallenprototyp fängt die
Kirschessigfliege verlässlicher und wir uns einer nachhaltigeren Land-
mit weniger Beifang. wirtschaft, einer Landwirtschaft 4.0.
➌ Klebefalle Rebell Rosso mit johannes.fahrentrapp@zhaw.ch
Lockstoff, der nur riecht und nicht
für Insekten zugänglich ist.
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