Innovativer Fernerkundungsalgorithmus für zukünftige Direktmessungen der Bodenfeuchtigkeit
Insbesondere für den Mittelmeerraum wird der Klimawandel enorme Folgen haben. Mit der Temperaturerhöhung verknappen sich Wasserressourcen, die höheren Niederschlagsmengen erschweren die Bewässerung und Erweiterungspläne, auch wird stärker um die begrenzten Wasserressourcen konkurriert. Andererseits ergaben Prüfungen der Bewässerungsleistung im Feldmaßstab ein Missverhältnis zwischen den Anforderungen an die Bewässerung und die tatsächliche Wassermenge. Eine Überbewässerung erhöht den Wasserverbrauch und die Menge exportierter Schadstoffe, unzureichende Bewässerung hingegen verringert die Erträge. Das EU-finanzierte Projekt REC konzipierte daher „eine innovative Lösung für die Befeuchtung von Böden im Wurzelbereich im Feldmaßstab mit einem innovativen und effizienten Algorithmus für das Bewässerungsmanagement“, erklärt Koordinatorin Dr. Maria Jose Escorihuela. Damit können erstmals mit einem Algorithmus Zeitpunkt und Menge der Bewässerung in einer Agrarsaison berechnet werden. „Die Überwachung der Bewässerung ist für eine effiziente Bewirtschaftung von Wasserressourcen sowohl in ariden als auch semiariden Regionen entscheidend.“
Fernerkundung und Satellitendaten für besseres Bewässerungsmanagement
Die Gruppe um REC arbeitete für ihre Forschungen mit Fernerkundungsdaten, die vom ESMOS-Satelliten (Soil Moisture Ocean Salinity), den Sentinelsatelliten 1, 2 und 3 sowie Landsat stammten. Validiert wurden die Ergebnisse in einem mit modernen Methoden bewässerten Gebiet in Segarra-Garrigues, Spanien, und einem Bewässerungsgebiet in der marokkanischen Haouz-Ebene (Teil des Tensift-Einzugsgebietes). „Die Grundidee war, eine erste Schätzung der Bodenfeuchte in der Wurzelzone vorzunehmen und diese Beobachtungen in ein Modell zu integrieren, das den Wasserfluss während der gesamten Saison simuliert. Der Bewässerungsbedarf ergibt sich dabei aus der Berechnung der täglichen Bodenfeuchte“, erklärt Projektforscher Dr. Olivier Merlin. Das Modell berechnet sehr effizient die saisonal akkumulierten Bewässerungsmengen einschließlich Tropf- und Überflutungsbewässerung (Korrelation von 0,9 und Fehler von 40 mm), mit einer Fehlertoleranz (0,5 bis 30 mm) für akkumulierte Bewässerungen im Verlauf von zwei Wochen. Die Daten zur täglichen Bodenfeuchte und -verdunstung in der Wurzelzone – also Rückführung von Wasserdampf in die Atmosphäre durch Verdunstung auf der Land- und Wasseroberfläche – die aus den gewonnenen Bewässerungsdaten simuliert wurden, entsprechen fast genau den Schätzungen der tatsächlichen Bewässerung. Die Forschungsarbeit demonstriert damit die Eignung von Satellitendaten zur Berechnung des Bewässerungsbedarfs, um so den Wasserverbrauch auf landwirtschaftlichen Flächen zu verringern. Schließlich ergaben sich tägliche bis wöchentliche signifikante Verbesserungen, wenn die Überprüfungszeit der Fernerkundungsdaten verkürzt wird.
Mit innovativen Ansätzen für besseres Bewässerungsmanagement
Weiterhin entwickelten die Projektpartner neue Methoden und verbesserten aktuelle Ansätze zur Berechnung der Bodenfeuchte. Bei allen Witterungsbedingungen können nun hochauflösende Fernerkundungsdaten zur Bodenfeuchtigkeit im Abstand von drei Tagen bereitgestellt werden. In detaillierten Feldversuchen wurden die Daten zur Bodenfeuchte und Wasserfluss validiert, sodass eine breite Palette an Konfigurationen für Bewässerung und Bodenfeuchte abgedeckt ist. „Mit REC konnten wichtige Fortschritte bei der Berechnung der Bodenfeuchte in der Wurzelzone mittels Fernerkundung für das tägliche und agrarwirtschaftliche Bewässerungsmanagement gemacht werden“, schließt Dr. Escorihuela. „Damit ist der Grundstein für ein vollständiges Bewässerungsmanagementsystem mittels Fernerkundung gelegt, das Entscheidungsunterstützung für eine effizientere Wassernutzung in der Landwirtschaft liefert.“ Diese Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt.
Schlüsselbegriffe
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