Blattsensor überwacht Pflanzengesundheit

Farbänderungen: Sie zeigen Pflanzenkrankheiten an (Bild: Kohzuma und Miyamoto, tohoku.ac.jp)

Sendai (pte004/29.11.2024/06:15) - Mit einem kleinen Sensor, der direkt unter die Blätter von Nutzpflanzen geklebt wird, wollen Forscher der Tohoku-Universität ( https://www.tohoku.ac.jp/en/ ) deren Wachstum und mögliche Krankheiten erkennen, ohne dass der Bauer dazu auf das Feld muss, um Proben zu nehmen. Diese Infos bekommt er stattdessen in Echtzeit, während Blattanalysen im Labor oft Tage dauern. Künftig kann er schnell reagieren, um seine Ernte zu sichern, indem er die Pflanzen beispielsweise beregnet, wenn sie Trockenstresssymptome aufweisen, oder Insektizide versprüht.

Traditionelle Methoden zu teuer

"Die traditionellen Methoden mögen für einige Zwecke gut funktionieren, aber sie sind schwierig einzusetzen und ziemlich teuer. Um kleine Veränderungen kontinuierlich zu überwachen, brauchten wir eine neue Lösung", so Entwickler Kaori Kohzuma. Diese besteht in einem kleinen Gerät, das unter ein Blatt geklebt wird. Darin befinden sich ein spektroskopischer Sensor und eine Lichtquelle, um die Blattfarbe zu messen, ohne das Sonnenlicht zu blockieren.

Der batteriebetriebene, wasserdichte Sensor kann über einen Monat lang im Freien arbeiten und ermöglicht so eine längere Datenerfassung. "Intelligente Landwirtschaft bedeutet eine enorme Zeitersparnis", so Biochemie-Ingenieur Koichiro Miyamoto. Der Sensor schnitt im Vergleich zum kommerziellen Spektrometer bei 90 Blättern von 30 verschiedenen Pflanzenarten gut ab. Er unterschied zuverlässig die Farben, die für den Gesundheitszustand von Pflanzen charakteristisch sind.

Farbänderung passt zum Stress

Tests mit einer stressempfindlichen Mutante der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana), die asiatische Landwirte als Unkraut ansehen, zeigten, dass Veränderungen der vom Sensor gemessenen Farben mit den Stressreaktionen der Pflanze übereinstimmten. Die Werte werden per Funk an eine Zentrale übertragen und dort ausgewertet. Dabei wird Künstliche Intelligenz eingesetzt, die Farbänderungen mit der Pflanzengesundheit korreliert. Werden Krankheitssymptome erkannt, wird der Landwirt alarmiert.

"Dieser erschwingliche Sensor ist ein vielversprechendes Werkzeug zur genauen Überwachung der Pflanzengesundheit und von Stress anhand von Blattfarben- und Lichtreflexionsdaten. Dank seines geringen Preises können mehrere Sensoren an verschiedenen Standorten platziert werden, wodurch ein Netzwerk für die gleichzeitige Überwachung an vielen Stellen entsteht", so Kohzuma abschließend.

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