Mit Laserstrahlen gegen Unkraut

Vogelmiere, Löwenzahn oder Hirtentäschel sind gefürchtete Feinde von Kulturpflanzen in der Landwirtschaft und im Gartenbau. Junge Mais-, Raps- oder Rübenpflanzen konkurrieren mit den Unkräutern um Licht, Wasser und Nähstoffe. Das Mittel der Wahl zur Bekämpfung von Unkraut sind derzeit Herbizide.

Jedoch ist der Einsatz dieser Giftstoffe umstritten und teuer. Ein Team von Wissenschaftlern der Leibniz Universität Hannover und des Laser Zentrums Hannover (LZH) forscht jetzt an einer Alternative: der Unkrautbekämpfung mit Laserstrahlen. Beim Einsatz von Herbiziden können Überdosierungen und die Verteilung der Substanzen durch den Wind zu schädlichen Rückständen im Boden und in Gewässern führen. Im Ökolandbau wird von Hand gezupft oder abgeflämmt, was dem Unkraut aber nur bedingt zu Leibe rückt und in der konventionellen Landwirtschaft nicht praktikabel ist.

Könnten Roboter oder Drohnen, die mit Laserbestrahlung Beete und Felder jäten, die Lösung sein? Zurzeit ist das noch Zukunftsmusik, aber in einigen Jahren sind solche Szenarien durchaus denkbar. Der Laserstrahl wird direkt auf das Wuchszentrum der Unkrautpflanze gerichtet und tötet sie dadurch ab. In dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt haben die Wissenschaftler zunächst die Energie des Lasers exakt und effektiv auf Pflanzenart und Wuchshöhe abgestimmt. „Wir müssen die Strahlung dahin bringen, wo sie wirklich gebraucht wird“, sagt Projektleiter Prof. Thomas Rath vom Institut für Biologische Produktionssysteme.

Auch die Intensität der Bestrahlung muss genau abgestimmt werden. „Es hat sich herausgestellt, dass Laser mit zu geringer Energiemenge eher wachstumsfördernd wirken, also genau das Gegenteil von dem bewirken, was wir wollen“, erläutert Dipl.-Ing. Christian Marx, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Biosystem- und Gartenbautechnik. In Zusammenarbeit mit dem Laser Zentrum setzen die Forscher in dem aktuellen Projekt vor allem auf CO2-Laser, die im mittleren Infrarotbereich abstrahlen.

Die zweite große Herausforderung ist die Erkennung der Pflanze. Was ist böses Kraut, was ist gutes Kraut, wo genau muss der Laser schießen? Dafür haben die Forscher ein ausgeklügeltes System entwickelt. Kameras filmen die Pflanzen, und eine Software misst die Konturen jedes einzelnen Gewächses, um den Laserstrahl optimal positionieren zu können. „Wir haben Algorithmen für viele verschiedene Unkräuter“, sagt Professor Rath. Schwierig werde es dort, wo Unkraut und Kulturpflanze sehr nah beieinanderstehen und sich gegenseitig überlappen. „Die Erkennung ist das A und O, damit wir nur das Unkraut zerstören“, erklärt Marx.

Im Moment ist die Apparatur in einem Schienenwagen im Gewächshaus untergebracht. Darunter kann eine etwa ein Quadratmeter große Fläche „behandelt“ werden. Die Anwendung der Lasertechnik ist in vielen verschiedenen Bereichen denkbar, das Interesse aus der Industrie groß. „Überall dort, wo eine Überfahrt über das Beet relativ leicht zu realisieren ist, könnte das System bald zum Einsatz kommen – zum Beispiel in Gewächshäusern oder Baumschulen“, stellt Professor Rath in Aussicht.

Schwieriger sei es auf großen Äckern: Eine Montage des Lasers auf Schlepper kommt nicht infrage, da die Zielgenauigkeit durch die Erschütterungen nicht mehr gegeben wäre. „Wir forschen im Moment an Drohnen – kleinen Robotern, die im Schwarm über das Feld fliegen“, sagt Professor Rath. Interessant ist der Laser auch für die Unkrautbekämpfung in Wasserschutzgebieten oder Bahnhofsbereichen, in denen keine Herbizide eingesetzt werden dürfen.
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