Anwendung der Fernerkundungstechnologie zur Überwachung des Weizenreifungsprozesses

Der Reifeprozess von Weizen wird in Milchreife, Wachsreife und Vollreife unterteilt. Der endgültige Erntestandard für Weizen wird durch den Reifegrad der Körner bestimmt. Im Allgemeinen ist der Erntestandard der Feuchtigkeitsgehalt des Korns, wobei der allgemeine Grenzwert für die sichere Lagerung bei 12,5 % liegt. Dieser Wert kann jedoch je nach Sorte leicht variieren. In der Praxis wird Weizen häufig geerntet, wenn er etwa 90 % Reife erreicht hat.

In der praktischen Produktion ist es jedoch schwierig, den genauen Feuchtigkeitsgehalt des Getreides kontinuierlich zu bestimmen, da manuelle Probenahmen im Feld erforderlich sind. Zudem ist es schwierig, Daten über eine große Fläche zu erfassen. Aufgrund der Heterogenität des Bodens innerhalb einer Parzelle variiert die Feuchtigkeitsverteilung, sodass es unmöglich ist, den Feuchtigkeitsgehalt und den Reifefortschritt der gesamten Parzelle bei der Auswahl von Probenahmepunkten objektiv und genau abzubilden. Weizen auf Böden mit besserer Wasserspeicherung reift im Allgemeinen etwas später, und der Einfluss regionaler heißer und trockener Winde führt zu schnellen Veränderungen des Feuchtigkeitsgehalts mit unterschiedlichen Abnahmeraten auf verschiedenen Parzellen. Daher ist eine Methode erforderlich, die den Feuchtigkeitsgehalt der Kulturpflanze bzw. des Getreides auf der gesamten Parzelle über eine große Fläche hinweg gleichzeitig erfassen kann.

Fernerkundungsüberwachung der Weizenreife

Auf der Grundlage des linearen Zusammenhangs zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt der Nutzpflanze und dem Feuchtigkeitsgehalt des Korns kann die Satellitenfernerkundung genutzt werden, um den Feuchtigkeitsgehalt des Pflanzenbestands zu überwachen und den Feuchtigkeitsgehalt des Korns zu ermitteln. Dies hilft den Anwendern, den Reifegrad zu bestimmen.

Die hyperspektrale Satellitenfernerkundung kann den Bedarf an qualitativer Überwachung und quantitativer Inversion decken und den Reifegrad großflächiger Nutzpflanzen anhand von Veränderungen immer subtilerer physiologischer Parameter der Pflanzen (wie Anthocyane, Carotinoide usw.) genauer bestimmen. Auf Grundlage der meteorologischen Bedingungen wird der Feuchtigkeitsgehalt der Feldfrüchte vor der Ernte kontinuierlich und dynamisch überwacht, um den Zeitpunkt vorherzusagen, an dem der Feuchtigkeitsgehalt in jeder Region den Erntestandard erreicht.

Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD - Weizenreifeinversion

Die Abbildung unten zeigt die Verteilung der Parzellen und die zeitliche Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts innerhalb der Parzellen für ein Anbaumanagementunternehmen in Taiping, Kreis Jingyang, Stadt Xianyang, im Jahr 2022. Auf der gesamten Fläche wird dieselbe Weizensorte angebaut, die Bodenbedingungen variieren jedoch. Das Team von Zhongke Xiguang bewertete den Reifegrad anhand des Vegetationsfeuchteindex und führte eine qualitative Inversion durch. Die Ergebnisse wurden durch mehrperiodiges Monitoring ab Anfang Mai dargestellt. Zusätzlich wurden adaptive Schwellenwertverfahren und binäre Klassifizierungsmethoden eingesetzt, um den Gesamtreifegrad der Parzellen zu bestimmen. Die Ergebnisse werden als Parzellenvektoren visualisiert.Wie man sieht, ist die Reifezeit der Parzellen in verschiedenen Regionen unterschiedlich. Die nordöstliche Region reift etwa 7–10 Tage später als andere Regionen. 

△Schematische Darstellung der Veränderungen des Weizenreifegrades in Taiping Town, Jingyang County, Xianyang City im Jahr 2022

△Schematische Darstellung der Weizenreife in Taiping, Kreis Jingyang, Stadt Xianyang, 2022

Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD - Weizenreifeinversion

Das Team der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) in Xiguang führte unterdessen Reifebeobachtungen auf Weizenanbauflächen im Kreis Chunhua, etwas nördlich von Taiping, durch. Durch die Beimischung von Sommermais in einigen Winterweizenparzellen wurde die Reifebeobachtung etwas beeinträchtigt, der allgemeine Trend ließ sich aber dennoch erkennen.Im Allgemeinen ist die Reifezeit etwa zwei Wochen später als in Taiping.  

△Schematische Darstellung der Veränderungen des Weizenreifegrades im Kreis Chunhua, Stadt Xianyang, im Jahr 2022

△Schematische Darstellung der Weizenreife im Kreis Chunhua, Stadt Xianyang, im Jahr 2022

Diese groß angelegte, automatisierte Reifeüberwachungsmethode kann Dorf- und Gemeindekollektiven, Großbauern oder professionellen Ernteteams helfen, Ernterouten rational zu planen, Maschinen-, Treibstoff- und Arbeitskosten zu senken und gleichzeitig die Gesamteffizienz des Getreideernteprozesses zu verbessern, das Erntefenster zu verkürzen und das Risiko von Regenfällen während der Ernte zu verringern.