Pflanzenschutz

Alternative Unkrautbekämpfung mit Laser?

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Chemische Mittel zur Unkrautbekämpfung wie Glyphosat stehen häufig in der Kritik. Studierende des Forschungsprojektes „E&P Agro“ der Fachhochschule Münster arbeiten nun an einer Alternative. Ihre Idee: zu einem unkrautfreien Boden mittels Laserbehandlung.

Suche nach dem Wachstumszentrum

Das Team aus Studenten setzte industrielle Bildverarbeitung ein, um zu testen, wie eine Kamera Unkraut erkennt und Koordinaten ableitet für die Positionierung des Lasers zur Bestrahlung. „Unsere Aufgabe war es, das Wachstumszentrum der Pflanze zu ermitteln“, erklärt Markus Stening. „Nur, wenn der Laser dieses Zentrum des Unkrauts trifft und schädigt, kann die Pflanze nicht mehr wie gewohnt weiterwachsen und degeneriert idealerweise.“

Der Vorteil des Verfahrens soll in seiner präzisen Anwendung ohne Nebeneffekte für die Umwelt liegen und ist damit vor allem für den Ökolandbau interessant. Die Bilderkennung trägt an dieser Stelle zu einer Kategorisierung der Umgebung wie beispielsweise von Unkraut, Nutzpflanzen, Steinen und abgestorbenen Pflanzen bei, ermittelt das Unkraut sowie die Koordination für die Durchführung der Bestrahlung.

Drei Varianten für unterschiedliche Blattarten

Für ihre Forschung greift das Team auf selbstgezüchteten Zurückgebogenen Amarant (AMARE) zurück. Die in der Bundesrepublik verbreitete Pflanze ist bekannt für ihre ausgeprägte Resistenzbildung gegenüber Unkrautvernichtungsmitteln. „Der Zurückgebogene Amarant hat erst zwei Keimblätter und entwickelt anschließend schrittweise weitere Laubblätter. Am Ursprung der Blätter befindet sich das Wachstumszentrum, genau hier soll die Pflanze bestrahlt werden“, so Stening.

Die Gruppe entwickelte drei für verschiedene Blattarten geeignete Verfahren, um das Wachstumszentrum der weniger als einen Millimeter großen Pflanzen mittels der Kamera zu finden. Während das erste Verfahren das Zentrum über den Flächenschwerpunkt ermittelt und damit insbesondere für wenige Tage altes Unkraut geeignet ist, wird im zweiten Modell die Kontur der Blätter detektiert und die längst mögliche Gerade innerhalb des Blattes berechnet. Eine Verlängerung mehrerer Geraden erzeugt anschließend einen Schnittpunkt. Diese Methode eignet sich vor allem für größere Pflanzen mit zahlreichen Blättern.

In einem dritten Ansatz werden die ersten beiden Methoden kombiniert und die elliptische Form der Blätter als Näherung an die reale Blattkontur genutzt. Alle Verfahren erfolgen automatisiert mittels eines spezifischen Programms.

Feinarbeit folgt

Aspekte wie Beleuchtung im Rahmen der Tages- und Nachtzeit, die Dichte des Pflanzenwachstums sowie der Zustand der Blätter können sich auf die Unkrauterkennung auswirken. Im weiteren Projektverlauf sollen nun weitere Details wie die Laserleistung, der Strahlendurchmesser sowie die optimale Dosierung zur Unkrautbekämpfung ermittelt werden.

Im April wurde hierfür ein Versuchsfeld auf dem Steinfurter Campus der HF Münster angelegt. Das Projekt ist Teil des INTERREG-Großvorhabens „Elektrifizierung und Präzisierung in der Landwirtschaft“ (E&P Agro).