Satellitengestützte Schätzung von Grünland- und Feldfuttererträgen

Gesamtziel des Projektes „Geoinformationstechnologie für landwirtschaftlichen Ressourcenschutz und Risikomanagement“ („GeoCare“, Laufzeit 26.04.2016 bis 30.09.2019) der LfL war es, eine flächendeckende Ertragsschätzung im Grünland über die satellitengestützte Bestimmung der Schnittzeitpunkte in Verknüpfung mit einem Wachstumsmodell zu entwickeln.

Mittels frei verfügbarer Geodaten des europäischen Erdbeobachtungsprogramms „Copernicus“ (Sentinel-1) und DWD Daten sowie auch durch Feldaufnahmen sollte eine Anwendung geschaffen werden, welche eine schlaggenaue Schnittdetektion ermöglicht.

Teilziele des LfULG waren:

• Datenlieferung (Schnittzeitpunkte, Erträge, Futterqualitäten, Bodenparameter, Vegetationsaufnahmen, Nutzungsdaten der beprobten Flächen) für die von der LfL zu bearbeitenden Arbeitspakete im Projekt „GeoCare“, um die Datensätze um weitere Standort- und Nutzungsbedingungen zu ergänzen (weitere Daten wurden auch aus Hessen und Österreich geliefert)
• Schaffung von Grundlagen für eine in einem möglichen Folgeprojekt gezielte erstmalige regionale Ertragsschätzung im Grünland in 2 - 3 repräsentativen Gebieten in Sachsen mittels satellitengestützter Erfassung von Schnittterminen und ggf. Kombination mit einem Grünlandertrags-und Qualitätsmodell

Mit Hilfe von Satellitendaten wie auch Feldaufnahmen wurde ein robuster Algorithmus etabliert, der eine genaue Schnittzeitdetektion einzelner Schläge ermöglicht.

Durch die zusätzliche Verwendung der Sentinel-1B Daten war eine weitere Verbesserung der Genauigkeit des Schnittzeitraums auf ca. 3 - 6 Tage möglich. Eine weitere Präzisierung des Schnitttermins bringt noch die zusätzliche Nutzung des Routineverfahrens RADOLAN des DWD, welches die regionalen Niederschläge erfasst. Damit ist eine zusätzliche Einschränkung der Schnittzeiträume möglich, da an Tagen mit und vor starkem Niederschlag i. d. R. kein Schnitt stattfindet und diese somit exkludiert werden können.

Die Verfügbarkeit und Nutzung von zwei Sentinel-1 Satelliten sorgt also für eine deutlich bessere Datenerfassung und genauere Ergebnisse bzgl. der Schnitthäufigkeit und -termine. Somit wird neben einer schnellen und homogenen Erfassungsmethode des überregionalen und aktuellen Zustandes der Flächen auch die Erfassung der Erträge und der Schnitttermine präziser und kostengünstiger ermöglicht.

Die weitere Integration von Referenzdaten aus Österreich, Hessen und Sachsen brachte den Vorteil, dass weitere Testdaten mit unterschiedlichen Böden und klimatischen Bedingungen berücksichtigt werden konnten.

Die beiden Ertragsmodelle der Universität Kiel konnten keine hinreichenden Ergebnisse liefern. Um diese Lücke in der Ertragsschätzung zu schließen, wurde kurzfristig von der GAF AG, mit fachlicher Unterstützung seitens DWD und LfL, das Ertragsmodell GI³S entwickelt. Dieses Modell zeigt mit einem Bestimmtheitsmaß von 0,82 ein hohes Potential zur Ertragsschätzung im Grünland. Dieses Ertragsmodell soll in dem Folgeprojekt „MasterGras“ der LfL integriert und weiter optimiert werden.

Das Ziel des von der LfL am 01.06.2020 begonnen Folgeprojektes „MasterGras“ ist die technische Umsetzung der Ergebnisse aus „GeoCare“ als permanenten, automatisierten, flächendeckenden Service in der Ressort-IT des Bayerischen Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF). Es soll ein für die praktische Arbeit des Ressorts (Politikberatung, Maßnahmenkontrolle) nutzbares Werkzeug zur flächendeckenden Erfassung von Schnitthäufigkeiten (Nutzungsintensitäten) und Erträgen auf Grünland und im Feldfutterbau in Bayern geschaffen werden. Für eine Umsetzung als permanenten Service ist zum überwiegenden Teil Programmierarbeit (Einbindung in die bestehenden IT-Strukturen) und Validierung der Ergebnisse notwendig.

Die mit dem Projekt „GeoCare“ gewonnen Ergebnisse für Bayern bzw. die hier genutzte Software und Satellitendatenkombination sind grundsätzlich von allen Länder- und Bundesdienststellen in Deutschland nutzbar. Diese Adaption ist allerdings nur möglich, wenn jeweils Zugriff auf anonymisierte InVeKoS- Nutzungsdaten zur Verfügung stehen wird, da eine Gründlanddetektion allein auf Basis von Sentinel-1 A und B Daten zu Ungenauigkeiten und eventuellen Falschdetektionen führt. Nach aktuellem Stand muss daher für die deutschlandweite Projektausweitung zuerst eine Möglichkeit eines anonymisierten Zugriffes auf InVeKoS- Daten geschaffen werden.

Erzielter Nutzen für den Freistaat Sachsen:

Die Vorarbeiten für eine schlagbezogene und regionale Ertragsschätzung im Grünland mittels satellitengestützter Erfassung von Schnittterminen und Kombination mit einem Grünlandertragsmodell wurden im Projekt „GeoCare“ geleistet, wobei hier u. a. auch Referenzdaten aus Sachsen integriert wurden.

Die Resultate aus „GeoCare“ sind die Grundlage für das bereits begonnene Folgeprojekt „MasterGras“ (05/2020 bis 10/2022). In diesem Projekt strebt die LfL die Umsetzung einer bayernweiten Schnittdetektion und Ertragsschätzung im Grünland an.

Wenn „MasterGras“ erfolgreich abgeschlossen werden kann, dann wird in Folge die Erweiterung des Services auf benachbarte Bundesländer angestrebt, im ersten Schritt auf jene, die bisher kostenfrei dem Projekt „GeoCare“ Daten bereitgestellt haben (u. a. auch Sachsen). Dies ist neben den fachlichen Ergebnissen der wichtigste Projektnutzen für den Freistaat Sachsen hinsichtlich einer künftigen Umsetzung in Sachsen.

Ein Bedarf für die satellitengestützte regionale oder flächendeckende Erfassung von Erträgen und Schnittterminen im sächsischen Grünland besteht bereits aktuell und wird künftig noch wichtiger werden. Er könnte auf Basis der Projektergebnisse und –erfahrungen sowie einer künftigen Zusammenarbeit mit der LfL abgesichert werden.