Weinbau: Präzisere Pilz-Bekämpfung durch Digitalisierung

Verbundprojekt unter Leitung der Universität Hohenheim entwickelt neues
Sensorsystem / Mikroklima im Weinlaub unterscheidet sich deutlich von
Umgebung

Weniger Pilzbekämpfungsmittel im Weinberg – diese Vision könnte bald
Realität werden. Denn oft ist das tatsächliche Risiko für eine
Pilzinfektion niedriger als gängige Prognosemodelle angeben. Ursache sind
deutliche Unterschiede zwischen den klimatischen Bedingungen unmittelbar
rund um und im Rebstock und den Daten, die von Wetterstationen erfasst
werden. So das Ergebnis eines Verbundprojektes unter Leitung der
Universität Hohenheim in Stuttgart. Zur feinmaschigen Messung des
Mikroklimas entwickelten die Forschenden aus Industrie und Wissenschaft
ein neuartiges Sensorsystem, das in Kombination mit bildgebenden Verfahren
die Prognose von Pilzerkrankungen im Weinbau verbessern und somit den
Einsatz von Fungiziden reduzieren kann.

Der Klimawandel begünstigt auch in den Weinbaugebieten Deutschlands das
Auftreten verschiedener Pilzerkrankungen. Vor allem der Falsche Mehltau
(Plasmopara viticola, umgangssprachlich auch als Peronospora bezeichnet)
ist eines der Hauptprobleme im Weinbau und kann zu erheblichen
Ertragseinbußen führen.

„Entscheidend für eine Infektion sind die klimatischen Bedingungen im
Weinberg bzw. rund um den einzelnen Rebstock und innerhalb der Laubwand“,
erklärt Prof. Dr. Christian Zörb, Leiter des Fachgebiets Qualität
pflanzlicher Erzeugnisse an der Universität Hohenheim. Denn für die
Vermehrung und Ausbreitung des Erregers ist Wasser auf der Blattunterseite
erforderlich. „Der Falsche Mehltau tritt jedoch nicht nur in extrem
feuchten Jahren auf – der Erreger kommt mehr oder weniger jedes Jahr und
in jedem Weinberg vor“, ergänzt Dr. Nikolaus Merkt, wissenschaftlicher
Mitarbeiter am Fachgebiet.

Die einzige Möglichkeit, seine Ausbreitung unter Kontrolle zu halten, ist
der rechtzeitige Einsatz von Fungiziden. „Dafür ist es wichtig, diese und
andere Pilzerkrankungen möglichst früh erkennen und vorhersagen zu können.
Gängige Methoden wie die von Menschen durchgeführte Sichtkontrolle sind
jedoch ungenau, teuer, zeitintensiv oder erst nach Ausbruch der Krankheit
anwendbar“, weiß Prof. Dr. Joachim Müller vom Fachgebiet Agrartechnik in
den Tropen und Subtropen und Leiter des Verbundprojektes.

Prognosemodelle haben nur eingeschränkte Aussagekraft für individuellen
Weinberg

Deshalb erfolgen Maßnahmen gegen den Ausbruch von Infektionen oft
vorbeugend. Viele Winzer:innen nutzen dafür klimatische Modelle, die den
Verlauf der Krankheit vorhersagen. Ein ausgefeiltes Prognosesystem ist
VitiMeteo, das in Deutschland und der Schweiz gut etabliert ist.
Entwickelt wurde es vom Staatlichen Weinbauinstitut Freiburg (WBI)
gemeinsam mit der Schweizer Forschungsanstalt Agroscope und der
Softwareentwicklerfirma GEOsens GmbH.

Wie andere Prognosemodelle greift auch VitiMeteo auf Klimadaten von
lokalen Wetterstationen zurück. „Das Problem dabei ist, dass die
meteorologischen Daten nur in relativ großen räumlichen Abständen erfasst
werden. Zwischen den einzelnen Wetterstationen können schon mal 30 oder 40
Kilometer liegen“, erläutert Prof. Dr. Müller.

Doch die klimatischen Bedingungen innerhalb eines Weinbergs können sehr
stark variieren. „Insbesondere in steilen Weinbergen in der Nähe von
Gewässern kann die Temperatur von oben nach unten oft extrem schwanken“,
beschreibt Steffen Schock, Doktorand am Fachgebiet Agrartechnik in den
Tropen und Subtropen und Koordinator des Verbundprojektes. „Dieses
Kleinklima kann eine Wetterstation nicht erfassen.“

Neues Sensorsystem zur Echtzeit-Erfassung von kleinräumigen Klimadaten in
Weinbergen

Hier setzte das kürzlich abgeschlossene Forschungsvorhaben „Prognose und
Detektion von Pilzerkrankungen im Weinbau durch feinmaschige Messung des
Mikroklimas und Einsatz bildgebender Messverfahren“ (FungiSens) an. Sein
Hauptziel ist es, die Früherkennung und Prognose von Pilzerkrankungen
durch das VitiMeteo-Prognosesystem zu verbessern.

Dazu haben die Forschenden ein kleines, kostengünstiges und pflegeleichtes
Sensorsystem entwickelt. Die drahtlosen Mikrosensoren werden direkt in den
Weinreben installiert und leiten die Daten an VitiMeteo in Echtzeit
weiter. „So können besonders in Lagen mit extremen Geländeunterschieden,
wie beispielsweise an der Neckarschleife bei Besigheim, auch kleinräumige
Unterschiede präziser erfasst und abgebildet werden“, erklärt Steffen
Schock.

Mikroklima von Weinreben oft nicht mit großräumigem Klima im Feld
vergleichbar

Eine Untersuchung der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Zörb zeigt, dass das
tatsächliche Infektionsrisiko oft niedriger sein könnte, als die
Prognosemodelle angeben. Dabei verglichen die Forschenden die von einer
Wetterstation gemessenen Daten mit denen im Inneren eines Rebstocks und
stellten deutliche Unterschiede bei den klimatischen Bedingungen fest.
„Denn die Verteilung und Dichte des Laubs spielt eine wichtige Rolle“,
erklärt Melissa Kleb, Doktorandin am Fachgebiet Qualität pflanzlicher
Erzeugnisse.

„Innerhalb der Laubwand kann ein ganz anderes Klima herrschen als
außerhalb“, fasst sie ihre Ergebnisse zusammen. So fand sie dort tagsüber
höhere Temperaturen und eine niedrigere relative Luftfeuchtigkeit als an
der Wetterstation gemessen wurde. Dies verringert die mögliche Lebensdauer
der Verbreitungsformen des Pilzes erheblich: „Wir stellten an neun Prozent
aller Versuchstage Bedingungen fest, bei denen die Verbreitungsformen des
Pilzes nicht überleben können. Bei den Messungen der Wetterstation traf
dies nur für 1,4 Prozent zu.“ Diese Unterschiede nehmen Einfluss auf die
weitere Prognose des Modells und können die Vorhersagen stark verändern,
so Melissa Kleb.

Krankheitsprognose mit optischen Mitteln

Um die Vorhersagegenauigkeit noch weiter zu verfeinern, beschäftigten sich
die Forschenden zudem mit bildgebenden Verfahren zur Früherkennung von
Krankheiten. „So kann zum Beispiel mit Hilfe von Drohnen der
Gesundheitszustand der Weinreben schnell und großflächig auch aus der
Entfernung erkannt werden“, beschreibt Steffen Schock den Vorteil.

Dazu machten sich die Forschenden Veränderungen im Stoffwechsel des
Pflanzengewebes zunutze, wenn dieses durch Krankheitserreger geschädigt
wird. Diese zeigen sich unter anderem in Temperaturunterschieden auf der
Blattoberfläche, die durch Messungen im Infrarot-Bereich erfasst werden
können. „Tatsächlich konnten wir einen deutlichen Temperaturanstieg im
Blätterdach feststellen, lange bevor sichtbare Symptome auftraten“, so Dr.
Shamaila Zia-Khan, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachgebiet
Agrartechnik in den Tropen und Subtropen..

Deutliche Einsparung von Fungiziden möglich

„Noch sind die Systeme nicht serienreif. Das wird wohl noch eine Weile
dauern. Aber sobald die kleinräumige Vorhersage von Krankheiten
standardmäßig möglich ist, könnten Pflanzenschutzmittel, Maschinen und
Arbeitszeit deutlich reduziert werden – ohne die Wirksamkeit zu
beeinträchtigen“, ist Prof. Dr. Müller überzeugt. Pflanzenschutzmaßnahmen
müssten dann nicht mehr vorbeugend für eine ganze Region ergriffen werden,
sondern können sehr spezifisch auf den einzelnen Weinberg und sogar
einzelne Bereiche davon zugeschnitten werden.

HINTERGRUND: FungiSens – Prognose und Detektion von Pilzerkrankungen im
Weinbau durch feinmaschige Messung des Mikroklimas und Einsatz
bildgebender Messverfahren

Das Verbundprojekt FungiSens unter Leitung von Prof. Dr. Joachim Müller
vom Fachgebiet Agrartechnik in den Tropen und Subtropen wurde vom
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die
Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) mit rund 500.000 Euro
gefördert.

Das FungiSens-Projektkonsortium besteht aus den beiden Fachgebieten
Agrartechnik in den Tropen und Subtropen sowie Qualität pflanzlicher
Erzeugnisse der Universität Hohenheim, der GEOsens GmbH, der LVWO
Weinsberg sowie der Felsengartenkellerei Besigheim eG.

HINTERGRUND: Schwergewichte der Forschung

37,6 Millionen Euro an Drittmitteln akquirierten Forschende der
Universität Hohenheim 2022 für Forschung und Lehre. In loser Folge
präsentiert die Reihe „Schwergewichte der Forschung“ herausragende
Forschungsprojekte mit einem finanziellen Volumen von mindestens 350.000
Euro für apparative Forschung bzw. 150.000 Euro für nicht-apparative
Forschung.