Neuartige Sensoren überwachen Umweltgefahren für Bienen
Die Bienen sind in Gefahr. Seit den frühen 1990er Jahren ist der durchschnittliche Bestand pro Jahr um 17 bis 20 % rückläufig, in manchen Regionen liegt die Zahl noch deutlich höher. Heute sind etwa 10 % der 2 000 europäischen Bienenarten gefährdet. Da drei Viertel der Anbaupflanzen von einer Bienenbestäubung abhängig sind, bedroht der Rückgang der Bienenanzahl die Nahrungsmittelerzeugung. Der Rückgang ist vor allem in Ländern mit industrialisierter Landwirtschaft bedenklich, was auf mögliche Ursachen hindeutet. Eine Kombination aus invasiven Arten, dem Verlust des Lebensraums und der Verwendung von Insektiziden ist die Erklärung für die meisten Bestandsrückgänge. Aus diesem Grund verbot die EU die Verwendung von Insektiziden aus der Familie der Neonicotinoide und rief die „EU-Initiative für Bestäuber“ ins Leben. Dennoch bleibt vieles im Unklaren.
Sensoren im Bienenstock und auf dem Feld
Obgleich handelsübliche Umweltsensoren zur Überwachung von Bienenstöcken zur Verfügung stehen, weisen diese mehrere erhebliche Mängel auf. Aus diesem Grund wurden im Rahmen des EU-finanzierten Projekts IoBee zwei hochwertige Sensoren entwickelt. Einer wird in Bienenstöcken platziert, der andere auf nahegelegenen Feldern. Zusammen überwachen die Sensoren Umweltveränderungen und ermöglichen eine Gefahrenfrühwarnung. Über die Projektforschung wurden zudem ein kabelloses Sensornetz und unterstützende Anwendungen entwickelt. Der Bienenstocksensor wird am Eingang des Bienenstocks installiert, und dieser zählt in Echtzeit die in den Stock hinein- und herausfliegenden Bienen. „Der Imker kann dann die Stärke des Flugbienenbestands beurteilen, Mortalitätsraten auf dem Feld bestimmen und Abweichungen in der Flugdauer und Nektarverfügbarkeit ermitteln“, erklärt Projektkoordinator Dr. João Encarnação. Der Sensor kann außerdem Bienenarten und Bienenstockschädlinge ermitteln. Der Sensor bewerkstelligt dies unter anderem über das sogenannte Lichtextinktionsverfahren, bei dem die Größe eines Insektenschattens gemessen wird. Der Sensor misst ferner die Lichtstreuung in verschiedenen Farbspektren, um die Arten anhand der Verfärbung zu erkennen. Ein zweiter optoelektronischer Sensor zählt und ermittelt Insekten, die in den Stock hinein- und herausfliegen. „Wenn Insekten durch das Sensorfeld fliegen, erkennt der Sensor automatisch deren Flugverhalten, und gleicht dieses mit Arten in der Datenbank ab. Insekten lassen sich somit effizient ermitteln, ohne dass diese gefangen und manuell gezählt werden müssen“, so Encarnação weiter. Der Sensor misst ebenfalls die Bestäuberdichte, die ein wichtiger Parameter für die landwirtschaftliche Erzeugung und die Ökosystem-Überwachung ist. Kein anderes Sensorsystem kann diese Informationen bereitstellen. Die Sensoren können mit einer verbundenen Wetter- und Luftqualitätsstation eingerichtet werden. Alle Einheiten senden über ein Mobilfunknetz Daten an einen Cloud-Server. Das Team entwickelte Algorithmen für die automatisierte Datenverarbeitung und Software für die visuelle Präsentation.
Umweltwarnungen und Feldversuche
Die zusammengetragenen Informationen können zur Warnung von Behörden vor Umweltgefahren oder Schädlingsausbrüchen genutzt werden. Dies ermöglicht weitaus schnellere und effektivere Interventionen, als dies bislang der Fall war. Die Forschenden führten Feldversuche in fünf europäischen Ländern sowie in den Vereinigten Staaten durch. Tests im Labor und auf dem Feld bestätigten, dass die Sensordetektion eine Genauigkeit von 95 % hat. Dies wird die Kosten für die Inspektion und Beobachtung halbieren. Das Feedback der öffentlichen und privaten Kundschaft wie auch der Behörden war überaus positiv. Das Team hat erste Aufträge entgegengenommen, um 200 Bienenstöcke in drei europäischen und drei außereuropäischen Ländern auszustatten. Diese Aufträge werden im Herbst 2020 erfüllt. Daraufhin beabsichtigt das Team, im Jahr 2021 5 000 Bienenstöcke auszustatten. Die neuen Sensoren von IoBee liefern bessere Informationen über die Gefahren, die Bienen betreffen. Dies wird zur Verbesserung der europäischen Umweltnormen beitragen und den Einsatz von Pestiziden reduzieren.
Schlüsselbegriffe
IoBee, Sensoren, Bienenstock, invasive Arten, optoelektronisch, Überwachung, Pestizide
