Erfassung befallsrelevanter Klimafaktoren in Weizenbeständen mit Hilfe digitaler Infrarot-Thermografie

Abstract

Die digitale Infrarot-Thermografie ermöglicht eine abbildende, flächige Messung der Ober-flächentemperatur von Pflanzen (-beständen), deren Verteilung in einem Geoinformations-system untersucht werden kann. <br /> Die Oberflächentemperatur von Pflanzenbeständen wird wesentlich durch die Transpiration der Blattfläche bestimmt. Durch Verdunstung von Wasser kühlt sich vitales Gewebe gegenüber der Umgebungstemperatur bzw. nekrotischem Gewebe ab. Ein teilschlag-spezifisches Pflanzenschutzmanagement beruht auf der Detektion und Lokalisierung von verschiedenen Pathogenese relevanten Faktoren, wie Primärbefall mit Blattkrankheiten, unterschiedlicher Bestandsdichte durch Wasser- und Nährstoffversorgung oder lokalen klimatischen Bedingungen, speziell Blattnässe. <br /> Die Thermografie wurde als Fernerkundungssensor zur Erfassung von heterogen verteilten, ertragsrelevanten Faktoren unter Gewächshausbedingungen und im Freiland untersucht. Durch die Verwendung eines gekühlten Hintergrundes wurde die Temperatur der Blattfläche von Weizenpflanzen reproduzierbar gemessen. Unter Gewächshausbedingungen wurden biotische und abiotische Einflüsse auf die Blatttemperatur von Weizen und Bohnen untersucht. Unterschiede in Wasser- und Stickstoffversorgung führten zu deutlichen Veränderungen der Blatttemperatur von Weizen im Vergleich zur Umgebungstemperatur. Ein Befall mit Rostkrankheiten an Weizen und Bohne führt hingegen zu relativ geringen Temperaturveränderungen. Die Pathogenese wirkte sich eher auf das thermische Muster der Blättern als auf die absolute Blatttemperatur aus. <br /> Weizenbestände wurden thermografisch aus der Luft erfasst. Die Untersuchungen von Bestandstemperatur- und Ertragsverteilung zeigte keine signifikanten Zusammenhänge, wohl aber den Trend, dass lokal niedrigere Bestandstemperaturen auf ein höheres Ertragsniveau hindeuten. Lokal unterschiedliche Dichten von Weizenbeständen waren anhand der Bestandstemperatur deutlich zu erkennen. Biotische Schädigungen der Pflanzen wirkten sich im Freiland kaum auf die Bestandstemperatur aus. Sowohl zwischen behandelten und unbehandelten Flächen als auch in unterschiedlich stark befallenen Teilflächen ließ sich kein eindeutiger Zusammenhang von Bestandstemperatur und Befallsstärke feststellen. In einem homogenen, konventionell bestellten Weizenfeld traten vergleichbare Temperaturunterschiede wie zwischen Beständen mit unterschiedlichem Fungizideinsatz auf. Messungen des Mikroklimas in Weizenbeständen zeigten lokal unterschiedliche Ausprägungen von Pathogenese relevanten Klimaparametern. Speziell Blattnässe, als entscheidender Faktor für die Entwicklung von bedeutenden Blattkrankheiten, konnte durch die Abkühlung des Bestandes thermografisch erfasst werden, sowohl unter Gewächshaus- als auch unter Freilandbedingungen. Mit Hilfe der digitalen Infrarotthermografie kann die Prognose der Entwicklung bedeutender Blattkrankheiten wie Braunrost und Septoriablattdürre in teilflächiger und zeitlicher Hinsicht präzisiert werden

Detection of yield relevant climatic factors in wheat by digital infrared-thermography<br /> Digital infrared thermography allows the geometricly resoluted measurement of surface temperature of large, planar objects such as plant canopies. The data can be fed into a geoinformation system to evaluate the distribution of canopy temperature. The canopy temperature is largely influenced by the cooling effect of transpiration, so that vital leaves appear can be expected to show another leaf temperature than stressed leaves. <br /> A site specific plant protection management depends on the detection of local differences in the occurance of yield relevant factors such as fungal pathogens, canopy density through availability of water and nutrients or local conditions of microclimate, especially leaf wetness. The intention of the conducted studies was the application of digital thermography as a sensor for yield relevant factors under greenhouse and field conditions. Biotic and abiotic factors expected to influence leaf temperature of wheat were monitored thermographically. A method to determine the leaf temperature of fragmented leaf area such as wheat plants was developed. The thermal effect of a rust infection on wheat and bean leaves was studied. <br /> Laboratory studies showed different canopy temperature compared to ambient temperature due to differences in supply of water and nitrogen of a wheat plants. The effect of biotic stress factors, rust of wheat and beans, was small compared to abiotic stress. The pathogeneses resulted in changes of the thermal pattern of leaves rather than effecting the absolute leaf temperature. Wheat canopies were thermografically monitored as a whole throughout the growing season. The temperature distribution was compared with yield maps showing little correlation, however hinting at a local correspondence of low canopy temperature and high yield level. In contrast an abiotic factor on yield, canopy density, was readily detectable. The evaluation of local differences in canopy temperature compared to levels of infection by leaf pathogens between fungizide treated and untreated plots and different levels of infection within untreated plots showed little correlation. The signal leaf temperature was found to be very unspecific. Biotic and abiotic factors influenced the transpiration in the same manner. Therefore an identification of the cause of leaf temperature differences was not possible. Even in a very homogenous canopy that was kept healthy by a conventional plant protection management, a considerable heterogeneity of canopy temperature was found. The temperature span leveled with the span between plots with and without fungizide treatment. Local canopy temperatures were compared to micro-climatic parameters measured within the canopy. Of these, leaf wetness, a crucial parameter for the prognosis of important leaf pathogens was detectable by its decreasing effect on canopy temperature, both under greenhouse conditions and in the field. Therefore the method of digital thermography seems to have high potential for the temporal and spatial improvement of prognosis of leaf infections of brown rust and septoria leaf blotch.