Der digitale Zwilling des Weinbergs zur Unterstützung der Entscheidungen der Winzer

Einführung

iVine ist ein zweijähriges Projekt (2023-2024), finanziert durch das Ländliche Entwicklungsprogramm (PSR) der Region Toskana 2014-2020 – Teilmaßnahme 16.2, dessen Ziel das Testen, die Validierung und die Erprobung einer DSS-App für mobile Endgeräte ist, zur Rationalisierung der Weinbergbewirtschaftung sowie zur Optimierung und Reduzierung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln, um die Umweltbelastung zu verringern, die Gesundheit der Arbeitskräfte und der ländlichen Bevölkerung zu schützen und die Bewirtschaftungskosten für landwirtschaftliche Betriebe zu senken.

Das Projekt wird von Agrobit geleitet, mit Beteiligung der Universität Florenz (DAGRI), des Instituts für Bioökonomie des Nationalen Forschungsrats (CNR-IBE), der CIA (Verband der italienischen Landwirte der Toskana), von Mulini di Segalari (Weingut in Bolgheri), Felsina (Weingut im Chianti Classico) sowie des regionalen Demonstrationsbetriebs Tenuta di Cesa.

Projektziele

Die Ziele des Projekts lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Validierung einer DSS-App für mobile Endgeräte, die den Agronomen/Landwirt bei der schnellen und objektiven Bewertung der Entwicklung des oberirdischen Bestands von Baumkulturen, insbesondere der Rebe, unterstützt, um Maßnahmen zur Laubwandbewirtschaftung und die Ausbringung agronomischer Betriebsmittel wie Pflanzenschutzmittel, aber auch Blattdünger und Wasser zu optimieren 2. Überwachung der Wirksamkeit der Behandlungen, des durch die Nutzung der App aufgezeigten Verbrauchs an Pflanzenschutzmitteln und Wasser sowie der in den einzelnen Phasen erforderlichen Kosten zur Erreichung der festgelegten Ziele; 3. Bewertung der Kosten-Nutzen-Effizienz sowie der ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen des Einsatzes der App und der optimierten Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln im Vergleich zur traditionellen Bewirtschaftung, in Weinbaubetrieben unterschiedlicher Größe und in verschiedenen regionalen Weinbaugebieten.

Wie die App iAgro funktioniert

Die auf einem Smartphone installierte App iAgro ermöglicht es dem Anwender, automatisch, schnell und einfach einen 3D-Scan der zu untersuchenden Pflanze durchzuführen. Während dieses Vorgangs nutzt die App die Smartphone-Kamera und Algorithmen der erweiterten Realität (AR), um alle erforderlichen Informationen zu erfassen, wobei auch die integrierten Bewegungs- und Positionssensoren des Smartphones genutzt werden. Diese Sensoren ermöglichen es der App, Positions- und Ausrichtungsänderungen des Geräts während des Scans zu erfassen. Darüber hinaus georeferenziert die App alle erfassten Informationen, das heißt, sie ordnet die erhobenen Daten der Position jeder einzelnen Pflanze zu. Nach Abschluss der Erfassung liefert die App dank Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) und Computer Vision (CV) automatisch die biometrischen Parameter der Laubwand (Dicke, Höhe, Volumen, LAI) sowie generalisierte Weinbergparameter (LWA, TRV) (Abb. 1). Diese Informationen werden anschließend automatisch genutzt, um Applikationskarten zur Optimierung der Pflanzenschutzbehandlungen zu erstellen, wodurch die Umweltbelastung reduziert, die Gesundheit der Menschen geschützt und die wirtschaftliche Nachhaltigkeit der Weinbaubetriebe verbessert wird.

Abb.1: Screenshots der App iAgro, getestet und validiert im Rahmen des Projekts iVine.

Die Felderhebungen

Nach der Auswahl der Testweinberge wurde der Weinberg zur Durchführung des Monitorings in 2 gleich große Bereiche unterteilt (Abb.2). In einer Parzelle wurden die traditionellen Pflanzenschutzbehandlungen des Betriebs mit fester Ausbringmenge durchgeführt, in der anderen Behandlungen mit variabler Ausbringmenge, wie von der App iAgro vorgeschlagen.

Abb.2: Testweinberge mit ihrer Ausdehnung und Lage.

Während der Umsetzung des Projekts wurden verschiedene Technologien und Methoden eingesetzt, um die Validierungsanalysen der App durchzuführen. Konkret wurden die Erhebungen in drei unterschiedlichen phänologischen Phasen durchgeführt.

Agrobit überwachte mithilfe der App iAgro zehn Probepflanzen je Untersuchungsbereich. Dank der App war es möglich, Vitalitätskarten des Weinbergs zu erstellen, indem Vegetationsindikatoren wie der LAI (Leaf Area Index) berechnet wurden, sowie biometrische Parameter der Laubwand, darunter Höhe, Dicke und Volumen (Abb. 3).

Abb.3: Erhebung mit der App iAgro an einer Rebzeile Sangiovese.

Um die Wirksamkeit der App zu bewerten und zu validieren, wurden die erzielten Ergebnisse mit den vom CNR-IBE und von der Universität Florenz (DAGRI) gewonnenen Daten korreliert: – Das CNR-IBE setzte eine Drohne mit multispektralem Sensor und RGB/LiDAR ein, um Vitalitätskarten anhand von Vegetationsindikatoren (NDVI) zu erstellen und biometrische Parameter der Laubentwicklung, wie Höhe, Dicke und Volumen der Laubwand, aus den erzeugten 3D-Punktwolken zu schätzen; – Die Universität Florenz (DAGRI) verwendete einen auf einem Quad montierten proximalen Multispektralsensor (OptRx) zur Bewertung der Vitalität anhand von Vegetationsindikatoren (NDVI, NDRE) sowie einen LiDAR-Sensor zur Bewertung der biometrischen Parameter der Laubentwicklung, darunter Höhe, Dicke und Volumen der Laubwand. Für die präzise Georeferenzierung der erhobenen Daten wurde ein D-GNSS-Empfänger eingesetzt.

Für jede der eingesetzten Methoden (Smartphone, Drohne, Quad) wurden Vitalitätskarten und biometrische Karten in drei Klassen erstellt, die die Eigenschaften der Pflanzen im Testbereich widerspiegeln. Die Ergebnisse zeigten gute Korrelationen zwischen den mit den drei Methoden ermittelten Vitalitäts- und biometrischen Parametern, was auf die Zuverlässigkeit der App bei der Schätzung dieser Parameter hindeutet.

Schließlich wurden anhand der von den Smartphones stammenden Daten Applikationskarten zur Optimierung der Pflanzenschutzbehandlungen entwickelt, mit einer Zonierung in zwei/drei Klassen zur Durchführung von Behandlungen mit variabler Ausbringmenge (VRT) (Abb. 4).

Abb.4: Von der App iAgro erstellte Applikationskarte in den drei phänologischen Phasen in den beiden Zonen, mit den jeweiligen Werten für die Anwendung mit variabler Ausbringmenge (in Blautönen) und die Anwendung mit fester Ausbringmenge (in Orange) in der Kontrollparzelle.

Wirksamkeit der Behandlungen mit variabler Ausbringmenge (VRT)

Die App iAgro ermöglicht es, Applikationskarten für Pflanzenschutzbehandlungen zu erhalten, die direkt auf VRT-Maschinen geladen werden können. Im Verlauf des Projekts wurden, um die Kosten-Nutzen-Effizienz sowie die ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen des Einsatzes der App zu überprüfen, Tests durchgeführt, um die Unterschiede zwischen den traditionellen Behandlungen des Betriebs (mit fester Menge) und den von der App iAgro empfohlenen Behandlungen (mit variabler Ausbringmenge) zu bewerten. Die Versuche wurden mittels Einsatz von wassersensitivem Papier und eines Tracer-Produkts durchgeführt, nach dem international standardisierten Verfahren (ISO 22522).

Im Einzelnen umfassten die Versuche: 1. Die quantitative Bewertung der ausgebrachten Flüssigkeitsmenge in den verschiedenen phänologischen und Entwicklungsphasen; 2. Die quantitative Bewertung der Ablagerung mittels eines Tracers während der Ausbringung, gefolgt von der Entnahme von Blättern und der Überprüfung von Fläche/Ablagerung.

Schlussfolgerungen

Das erste Versuchsjahr des Projekts iVine zeigte vielversprechende Ergebnisse und stellt einen bedeutenden Schritt hin zur Optimierung der Weinbergbewirtschaftung dar, insbesondere bei der Reduzierung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln und der Umweltbelastung.

Der Vorteil der Nutzung der App liegt in der kostengünstigen, zeitlichen Überwachung der biometrischen Pflanzenparameter, wobei detaillierte Karten zur Verfügung stehen, die es ermöglichen, fundierte Entscheidungen über den Weinberg zu treffen, die auf digitalen, objektiven und im Zeitverlauf dokumentierten Daten beruhen.

Angesichts der im ersten Jahr erzielten Erfolge wird sich das nächste Versuchsjahr auf die Anwendung derselben Protokolle konzentrieren, während die endgültigen Ergebnisse abgewartet werden. Die kontinuierliche Zusammenarbeit zwischen allen Projektpartnern wird einen integrierten und multidisziplinären Ansatz gewährleisten und so dazu beitragen, die ökologische und wirtschaftliche Nachhaltigkeit im Weinbausektor zu fördern.

Besuchen Sie die Projektwebsite: https://ivine.ciatoscana.eu/

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