Wassersparen mit Software

Forscher der NASA haben Algorithmen entwickelt, mit denen Landwirte ihre Felder effizienter bewässern können.

NASA-Wissenschaftler haben ein Computerprogramm entwickelt, mit dem landwirtschaftliche Betriebe den Wasserbedarf ihrer Felder in Echtzeit managen können. Die Software nutzt Daten von Satelliten der US-Weltraumbehörde in Verbindung mit Messwerten lokaler Wetterstationen und eigens errichteter drahtloser Sensornetzwerke. So lässt sich vorhersagen, welche Bewässerung in nächster Zukunft notwendig ist, um Nutzpflanzen optimal wachsen zu lassen. Die Informationen lassen sich jederzeit von Computern oder Handheld-Geräten aus abfragen.

Der Bedarf für bessere Technik in diesem Bereich ist groß: Weltweit ist die Landwirtschaft der größte Wasserkonsument. Rund 70 Prozent des globalen Verbrauchs entfallen auf das Sprengen und Berieseln von Feldern, in den USA sind es immerhin noch 41 Prozent, doppelt so viel wie in der Bundesrepublik. Dabei verdunsten in vielen Regionen zwei Drittel des kühlen Nass ungenutzt, während überschüssiges Wasser, das nicht von Pflanzen aufgenommen wird, die Böden allmählich versalzen lässt.

"Detaillierte Daten für die Bauern helfen ihnen, das verfügbare Wasser so effizient wie möglich einzusetzen", sagt Rama Nemani vom NASA Ames Research Center im kalifornischen Moffet Field, wo das Projekt gesteuert wird.

Erste Pilottests laufen im San Joaquin Valley. Dort wird die Software im Rahmen eines 18-monatigen Forschungsprojektes auf Bauernhöfen und Weingütern getestet. Die Technik ist eine weiterentwickelte Version von TOPS, dem "Terrestrial Observation and Prediction System". Es wird von der NASA schon seit einigen Jahren eingesetzt, um Überflutungen, Dürren oder Entwaldungen vorherzusagen und zu modellieren. Dabei werden Satellitendaten der NASA und der Geobehörde U.S. Geological Survey verarbeitet und mit Messwerten drahtloser Sensorennetzwerke kombiniert, die Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Regenfall und Bodenfeuchtigkeit erfassen. Das System kann außerdem lokale Wetterinformationen und verschiedene weitere Vorhersagemodelle einbeziehen.

Für den Einsatz in der Landwirtschaft wurde TOPS nun gehörig aufgebohrt und verfeinert. Es ist das erste System, das Satelliten- und Bodendaten miteinander kombiniert, um den Bewässerungsbedarf bis hinunter auf einzelne Felder oder Weinbergabschnitte herunterzubrechen. "Auch neu ist die Nutzung in nahezu Echtzeit mit direkter Datenausgabe an die Betriebe", sagt Ames-Projektwissenschaftler Forrest Melton.

Das NASA-Projekt soll außerdem die Entwicklung von Feldfrüchten und Reben über die Laufzeit des Projektes erfassen, um ein genaues Bild zu erhalten, wie sich die Nutzpflanzen entwickeln. Gespeichert wird unter anderem, wann ein optimales Wachstum erreicht ist und wie sich Bodenbedeckung, Wasserverbrauch und Bodenfeuchte verändern.

Daraus ergibt sich dann ein Vorhersagemodell. Die Informationen landen dann in einer zentralen Datenbank, damit die Betriebe Jahreserträge vergleichen und ihre Bewässerung künftig besser planen können.

Die Herausforderung bei alledem sei nicht die Datenerfassung, meint Mehmet Can Vuran, Juniorprofessor für Computerwissenschafte an der University of Nebraska-Lincoln. Es gehe darum, die Informationen so aufzubereiten und auszuliefern, dass sie von den Landwirten auch genutzt werden könnten. Die Vorteile seien dann potenziell groß.

"Sensordaten allein können die Bewässerungseffizienz um 20 bis 25 Prozent steigern. Mit weniger Wasser kann man die gleiche Ernte erzielen." Zusatzinfos wie Wetter- und Satellitendaten könnten dies noch steigern. "Da sind enorme Einsparmöglichkeiten drin." NASA-Wissenschaftler Melton hofft, dass die gewonnenen Informationen bereits Anfang diesen Jahres an Experten aus der Agrarindustrie gehen könnten. (bsc)