Neues Tool nutzt Satellitendaten zur Bekämpfung der Olivenfruchtfliege

Auf einer kürzlich bei der Europäischen Weltraumorganisation im italienischen Frascati abgehaltenen Konferenz präsentiert ein Werkzeug, das bei der Bekämpfung und Vorbeugung helfen kann Olivenfruchtfliege Befall angesichts von Klimawandel.

Das Projekt basiert auf der Integration der biologischen Zyklen des Olivenbaums und der Olivenfruchtfliege mit relevanten Satellitendaten.

"Wir sollten dieses Projekt als einen neuen Beitrag zu den laufenden Bemühungen zur Schädlingsbekämpfung betrachten“, sagte Luigi Ponti, ein Forscher der italienischen Nationalen Agentur für neue Technologien, Energie und nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung. Olive Oil Times.

Eine entscheidende Datenquelle für das Projekt sind Satellitenbeobachtungen, die mit MODIS-Sensoren (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) durchgeführt werden, die an Bord der beiden NASA-Satelliten Terra und Aqua installiert sind.

In den letzten zwei Jahrzehnten haben diese Sensoren mehrere Oberflächenvariablen gemessen, beispielsweise Vegetationsindizes, und gleichzeitig äußerst zuverlässige Daten zur Landoberflächentemperatur geliefert.

"Sie haben die Oberflächentemperatur vom Weltraum aus mit täglicher zeitlicher Auflösung gemessen und dank ihrer Überflugzeiten auch die ungefähren täglichen Höchst- und Tiefsttemperaturen erfasst“, sagte Ponti. 

Frühere Forschungen von Markus Neteler, Gründer von Mundialis, einem deutschen Partnerunternehmen des Projekts, entwickelten eine Methode zur Extraktion von Temperaturdaten aus den Satellitenbeobachtungen.

Darüber hinaus wurde eine auf Statistiken und räumlichen Informationen basierende Methodik entwickelt, um die durch die Wolkendecke verursachten Lücken zu schließen, da MODIS-Sensoren nicht durch Wolken hindurchsehen können.

Die von Ponti und seinen Kollegen vorgestellte Forschung zielte darauf ab, diesen umfangreichen Datensatz mit einem von MODIS abgeleiteten Vegetationsindex, dem sogenannten Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), zu verknüpfen.

MODIS NDVI misst die Menge der grünen Vegetation auf der Erdoberfläche und liefert Informationen zur Landbedeckung im Jahresverlauf. Diese Informationen können zur Verbesserung der von MODIS-Satelliten abgeleiteten Temperaturdaten genutzt werden.

Die Wirksamkeit dieses Ansatzes basiert auf früheren Forschungsarbeiten eines Teams israelischer Wissenschaftler, die eine Methode zur Kalibrierung der aus MODIS abgeleiteten Landoberflächentemperaturen mithilfe von NDVI-Daten entwickelt haben.

"Sie installierten Thermometer in den Baumkronen von Olivenbäumen und stellten fest, dass die von den MODIS-Satelliten abgeleitete Temperatur, nach Korrektur mit MODIS NDVI, die Baumkronentemperatur besser schätzte als die nächstgelegene Wetterstation“, sagte Ponti.

Dank dieser Daten ist es möglich, die Temperatur abzuschätzen, der sowohl die Pflanze als auch die Olivenfruchtfliege ausgesetzt sind.

"Wenn wir wirklich etwas in der Landwirtschaft bewirken wollen, müssen wir Tag für Tag beobachten, was passiert, denn so funktionieren Pflanzen und interagierende Organismen“, bemerkte Ponti.

Der Bedarf an hochpräzisen Informationen über Agrarökosysteme führte in Zusammenarbeit mit dem gemeinnützigen wissenschaftlichen Konsortium CASAS Global zur Entwicklung des auf physiologischer Basis basierenden demografischen Modells des Oliven-Agrarökosystems.

Das Ergebnis des Modells ist eine detaillierte und realistische biologische Darstellung der Lebenszyklen des Olivenbaums und der Olivenfruchtfliege, einschließlich ihrer Wechselwirkungen.

Diese Art der Modellierung, die einen Top-down-Ansatz (unter Verwendung von Satellitendaten) mit einem Bottom-up-Ansatz (biologische Mechanismen) kombiniert, überwindet die Einschränkungen beider Ansätze und bietet ein leistungsfähiges Instrument für die strategische Analyse im Agrarmanagement.

Die Kombination aus Satellitenbeobachtungen, biologischer Modellierung und Open-Source-Tools für geografische Informationen ermöglicht es Forschern, Dynamiken mit einer beispiellosen zeitlichen (täglich) und räumlichen (250 Meter) Auflösung zu visualisieren und zu analysieren.

"Für die Pflanze simuliert [das Modell] Blattpopulationen, Zweigpopulationen und Wurzelpopulationen. Mit demselben Basismodell simuliert es Geburt, Wachstum, Alterung und Tod von Pflanzenorganen oder Insektenstadien“, sagte Ponti.

"Deshalb verwenden wir dasselbe Modell, um sowohl Insekten als auch Pflanzen in unserem Oliven-Olivenfruchtfliegen-System zu beschreiben“, fügte er hinzu.

Für die Pflanze ist die Energie der Sonnenstrahlung sowie Nährstoffe und Wasser aus dem Boden die wichtigste Ressource. Für die Fliege ist die Pflanze, von der sie sich ernährt, die Ressource: wie viele Oliven sie zum Eierlegen findet. Ihre Vitalität (Wachstum, Fortpflanzung) hängt von der Verfügbarkeit von Oliven ab.

"Dies verleiht den Modellen einen gewissen Grad an biologischem Realismus, da sie durch die Ressourcenbeschränkungen der realen Welt, mit denen Organismen konfrontiert sind, eingeschränkt sind“, sagte Ponti.

"Wenn die Fliege keine Oliven findet, verfällt sie in eine reproduktive Ruhephase, genau wie in der Natur. Es handelt sich also nicht um ein Werkzeug, um ​'„Es kann einen Befall nicht genau vorhersagen, aber es kann Ihnen sagen, ob die Umgebung unter bestimmten Bedingungen dafür geeignet ist“, erklärte er.

"Man kann nicht sagen ​'die Fliege kommt morgen an', aber man kann sagen ​'„In diesem Gebiet herrschen derzeit Bedingungen, die die Entwicklung von Fliegen begünstigen würden“, fügte Ponti hinzu.

Genau wie Wettervorhersagen stellen auch biologische Vorhersagen eine Herausforderung dar. Wettervorhersagen selbst gelten über einen kurzen Zeitraum von etwa drei Tagen hinaus als unzuverlässig.

"Dennoch verwenden wir Wetterdaten als Input für unsere biologischen Modelle, sodass die Unsicherheit noch größer wird“, sagte Ponti. ​"Unsere Modelle liefern strategische Informationen.“ 

Prognosen können zwar Aufschluss darüber geben, wann Handlungsbedarf besteht, sie können Ihnen jedoch nicht sagen, warum etwas geschieht oder wie Sie sich besser auf ein sich änderndes Klima vorbereiten können.

"Dazu ist es erforderlich, die Mechanismen und Dynamiken in diesem Bereich zu verstehen“, sagte Ponti. ​"Und darum geht es: Wenn die Olivenfliege ein wichtiger Schädling ist, wie können wir sie dann wirtschaftlich und operativ besser bekämpfen, insbesondere angesichts des Klimawandels, wo die Annahmen über das Klima überholt sind und die daraus resultierenden Managementregeln möglicherweise nicht mehr gelten?“ 

"Das haben wir bei unserer Arbeit in Andalusien deutlich gezeigt“, fügte er hinzu. ​"In manchen Bereichen gibt es beispielsweise nicht genügend Chillstunden um die Blüte von Oliven zu induzieren. In wärmeren Gebieten bleibt die Fliegenpopulation aufgrund hoher Temperaturen, die die thermische Toleranz der Fliege erreichen oder überschreiten, unter dem Schwellenwert. 

Durch die Verwendung präziserer Klima- und Vegetationsinformationen können politische Entscheidungsträger ihre Strategien zur Schädlingsbekämpfung neu gestalten.

Regionale Interventionen und Strategien, wie etwa in Andalusien, wo integrierte Kontrollorganisationen die Behandlungen überwachen und verschreiben, basieren auf der Analyse früherer Daten.

"Beispielsweise könnte die Überwachung traditionell im Mai beginnen, aber wenn die Winter wärmer sind, kann es sinnvoller sein, früher zu beginnen“, sagte Ponti.

Die Olivenfruchtfliege wächst schnell, ist eng mit dem Lebenszyklus des Olivenbaums verbunden und kann sich das ganze Jahr über vermehren, sobald Olivenfrüchte und Klimabedingungen geeignet sind. Dies macht sie zu einem bedeutenden Schädling im Olivenanbau weltweit.

"Wenn die Situation nicht frühzeitig überwacht und kontrolliert wird, gerät sie schnell außer Kontrolle“, sagte Ponti. ​"Der beste Ansatz könnte also darin bestehen, auch während der ​'„Die ruhige Jahreszeit ist Spätwinter oder Frühfrühling. Angesichts zukünftiger Klimatrends wird es entscheidend sein, proaktiv zu handeln.“

Da das Wetter immer unberechenbarer wird und extreme Ereignisse kommen immer häufiger vor und stellen keine Ausnahme mehr dar. Für landwirtschaftliche Institutionen wird es zunehmend schwieriger, wirksame Schutzmaßnahmen zu planen.

"„Dieses Modellierungstool bietet Ihnen eine realistische Ansicht dessen, was im Feld passiert. Das wäre durch Feldbeobachtungen in diesem Umfang und über diesen Zeitraum nie möglich“, sagte Ponti.

"„In Apulien haben wir dank des Cloud Computing des italienischen Partners Recube die Dynamik von Oliven und Fliegen über 20 Jahre hinweg auf einer täglichen Zeitskala mit einer Auflösung von 250 Metern für Hunderttausende von Standorten simuliert“, fügte er hinzu.

""Es wäre schlicht unmöglich, die gleichen Daten aus Feldbeobachtungen zu gewinnen. Mit einem solchen System erhält man diese Erkenntnisse auf Feldebene praktisch kostenlos", fuhr Ponti fort.

Da das Klima Pflanzen und Insekten unterschiedlich beeinflusst, verschieben sich ihre Wechselwirkungen und ihr Gleichgewicht.

"Das ist wichtig zu wissen. Man könnte verschiedene Managementszenarien simulieren, beispielsweise ein früheres Eingreifen, und den Nutzen davon bewerten“, sagte Ponti.

""Man kann nicht zehn Jahre lang in ganz Apulien Feldversuche durchführen. Mit diesem Modell ist das jedoch praktisch innerhalb von Minuten möglich", fügte er hinzu. ​"Obwohl es also nicht für kurzfristige Prognosen gedacht ist, weil dazu vollkommen detaillierte biologische und klimatische Daten in Echtzeit erforderlich wären, eignet es sich hervorragend für die Beschreibung und strategische Planung.“

Die NASA-Satelliten Aqua und Terra stehen kurz vor der Außerdienststellung. Daher arbeiten Forscher bereits an der Nutzung anderer Satelliten, beispielsweise der von Eumetsat und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die mit ähnlichen Sensoren ausgestattet sind.

Die neue Generation der Sentinel-Satelliten der Agentur verfügt über eine hohe räumliche Auflösung und kann Oberflächentemperaturen beobachten.

"Derzeit verfügen sie jedoch nicht über eine tägliche zeitliche Auflösung, obwohl es Pläne gibt, bei zukünftigen Sentinel-Missionen eine tägliche Auflösung zu erreichen“, sagte Ponti.

"Das bedeutet, dass sie keine täglichen Höchst- und Tiefsttemperaturen liefern können, die für den circadianen Rhythmus, die natürlichen Zyklen, die das Leben auf der Erde regeln, von entscheidender Bedeutung sind“, erklärte er.

Aus Satellitendaten und anderen Quellen gewonnene Klimadaten könnten sich in Kombination mit physiologisch fundierten demografischen Modellinformationen in den kommenden Jahren als entscheidend erweisen, und zwar nicht nur für Olivenhaine, sondern für viele Nutzpflanzen, die Forscher bereits untersucht haben.

Das Projekt wurde im Rahmen des TEBAKA-Projekts durchgeführt und basiert auf der im Med-Gold-Projekt entwickelten IKT-Infrastruktur. Beide Projekte werden von der Europäischen Union gefördert.

Damit diese Daten als Grundlage für die Strategie dienen können, müssen öffentliche Einrichtungen und regionale Organisationen Maßnahmen ergreifen.

"Was fehlt, sind die Forschungs- und Projektressourcen, um das erforderliche Cloud Computing zu unterstützen und gleichzeitig die Zeitreihe des von uns verwendeten Datensatzes, der etwa 20 Jahre, von 2003 bis 2023, abdeckt, aufrechtzuerhalten und zu erweitern. Das ist ein langer und wertvoller Zeitraum“, sagte Ponti.

"Der Klimawandel ist keine Sache, die am Ende des Jahrhunderts passieren wird. Er geschieht bereits jetzt“, schloss er. ​"Statistische Analysen dessen, was in der Vergangenheit in einem bestimmten Gebiet passiert ist, sind ein großartiges Instrument, reichen aber aufgrund des raschen Klimawandels nicht mehr aus.“