Die Drohnentechnologie hat in den vergangenen Jahren große Fortschritte erzielt. Unbemannte Multikopter können einer vorgegebenen Flugroute sehr genau folgen und bieten ein sehr interessantes Potenzial für den Pflanzenschutz in Steillagen von Weinbergen.
Unter diesen besonderen Bedingungen können Drohnen mühsame, manuelle Sprüharbeit oder den Einsatz des Hubschraubers ersetzen. Da in Europa bisher keine offizielle Regelung für den Einsatz von Sprühdrohnen besteht, war es für die Schweiz notwendig, diese Lücke länderspezifisch zu schließen. Seit 2019 ist nun ein Bewilligungsverfahren in Kraft, das sich gut bewährt hat. Zurzeit sind in der Schweiz rund 65 Sprühdrohnen zugelassen. Neben den Vorschriften des Bundesamtes für Zivilluftfahrt unterliegen die Drohnen sehr ähnlichen Vorschriften wie herkömmliche Sprühgeräte. Die drei Jahre Erfahrung zeigen, dass sich die Technik besonders für Parzellen bewährt, die für den Traktoreinsatz zu steil oder nicht erschlossen sind.
In sehr steilen Weinbergen war die Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln mit handgeführten Geräten häufig die einzige Alternative zum Hubschrauber. Aus diesem Grund ist die Ausbringung aus der Luft in der Schweiz nach wie vor wichtig und wurde von den Bundesämtern entsprechend geregelt (Bafu, 2016). Die Lärmemissionen sowie die Pestizidabdrift der Hubschrauberapplikationen führten jedoch zunehmend zu Kritik. Im Gegensatz zum starken Luftstrom großer und schwerer Hubschrauber erzeugen die Drohnen, die derzeit 20–67kg wiegen, einen relativ schwachen Luftstrom und können deutlich tiefer fliegen. Mit ihren horizontal, gegenläufig rotierenden Rotoren erzeugen Multikopter eine vertikale Luftströmung, die Wassertropfen in Richtung Boden beschleunigt. Im Gegensatz zum Luftstrom herkömmlicher Weinbauspritzen, der in den Rebreihen horizontal oder nach oben gerichtet ist, verringert der vertikale, bodenorientierte Luftstrom von Drohnen die Abdrift. Nachteilig ist allerdings, dass durch die Abschattung der oberen Blattetagen die Traubenzone teilweise ungenügend behandelt wird.
Elemente für die Bewilligung in der Schweiz
Jedes Unternehmen benötigt für den Einsatz von Sprühdrohnen eine Bewilligung des Bundesamtes für Zivilluftfahrt (www.bazl.admin.ch/drohnen, Standardverfahren Sprühflüge). Zusätzlich zu dieser Bewilligung führt Agroscope gemeinsam mit dem Landwirtschaftsamt des Kanton Wallis die technischen Prüfungen der Sprühdrohnen (Spritzentest) durch. Die Kantone kontrollieren die Einhaltung der geltenden Vorschriften, wie dies auch für die anderen Applikationsverfahren von Pflanzenschutzmitteln der Fall ist.
Als Grundlage für die Spritzenprüfung wird jeder Drohnentyp anhand eines Gerätes homologiert. Ziel ist es zu überprüfen, ob die technischen Rahmenbedingungen durch die verschiedenen Drohnentypen eingehalten werden. Neben der Überprüfung des Sprühapparats im Sinne der üblichen Spritzenprüfungen wird die Querverteilung der Sprühmenge auf dem Lamellenprüfstand gemessen. Dazu wurde ein Lamellenprüfstand für Feldspritzen auf die Grösse von 6m x 4.5m umgebaut. Die Variabilität der Querverteilung muss dabei unter einem Variationskoeffizienten von 15% (Feldspritzen 10%) liegen. Nach Verbesserungen der Düsenanordnungen, wird diese Vorschrift nun gut eingehalten.
Die Genauigkeit der Einhaltung einer vorgegebenen Flugbahn wird auf einem ausgesteckten Parcours überprüft. Dabei wird mittels eines RTK-GNSS gemessen wie groß die effektive Abweichung von einer vorgegebenen Flugbahn ist. Die Vorschrift, dass eine vorgegebene Route im automatischen Flug, ohne manuellen Eingriff +/- 50cm genau eingehalten werden muss, wird mittlerweile ohne Probleme erfüllt. Dies ist auf die Verbesserung der Technologie in den vergangenen drei Jahren zurückzuführen.
Zur Abschätzung des Risikos der Sprühabdrift werden die Windgeschwindigkeiten der Luftströme von Drohnen in 10m und 20m seitlichem Abstand von der sprühenden Drohne gemessen. Aktuell gelten für Drohnen Höchstgeschwindigkeiten zwischen 2m/s und 5m/s (s. Tab. 1).
Im Vergleich dazu verursachen konventionelle Weinbausprühgeräte deutlich größere Luftströme mit Geschwindigkeiten im Bereich von 8m/s. Dieses vereinfachte Verfahren soll es erlauben, das Risiko der Abdrift von Spritzmitteln bei neuen Modellen zu quantifizieren ohne die sehr aufwändigen Feldmessungen mittels Tracern gemäß ISO 22866 durchführen zu müssen.
Die Messungen zeigen, dass die aktuell geltenden Grenzwerte durch die bisher im Einsatz stehenden Drohnen eingehalten werden. Die Unterschiede zwischen ein und zwei Metern Messhöhe sind nicht sehr groß, hingegen wirkt sich die seitliche Distanz von 10 oder 20m klar auf die gemessene Luftgeschwindigkeit aus.
Beim Modell DJI T30, das 67 kg wiegt, sind vereinzelt höhere Spitzengeschwindigkeiten zu beobachten, die bei leichteren Modellen nicht aufgetreten sind. Es ist einleuchtend, dass eine schwerere Drohne eine größere Luftmasse verdrängen muss, damit ihr Gewicht in die Luft gehoben werden kann. Der Anstieg der gemessenen Windgeschwindigkeit verläuft allerdings nicht proportional. Dies wird wenigstens teilweise durch größere Propeller kompensiert. Das heißt, dass das benötigte größere Luftvolumen nicht nur durch höhere Propellerdrehzahlen, sondern vor allem durch größere Propeller gefördert wird. Die DJI T30 besitzt sechs Propeller mit einem Rotordurchmesser (Ø) von 96cm (Rotorfläche 7.328cm2), während die Aero41, sechs Propeller mit Ø 76cm (Rotorfläche 4.536cm2) besitzt. Somit wird ein großer Teil des zusätzlichen Gewichtes durch die größere Rotorfläche kompensiert, was sich direkt auf die Windgeschwindigkeiten auswirkt.
Lohnunternehmer setzen Technologie ein
Wegen der kleinen Weinbaubetriebe in der Schweiz, deren Rebflächen häufig unter 5ha liegen, verrichten häufig Lohnunternehmer die Sprüharbeiten. Es gibt aber auch einzelne größere Betriebe, die sich selber oder gemeinsam mit anderen Betrieben eine Drohne angeschafft haben. Die Erfahrungen zeigen, dass die Qualität der Applikation mit derjenigen des Hubschraubers vergleichbar ist, aber derjenigen von Gebläsespritzen unterlegen ist (Dubuis und Jaquerod 2021). Gebläsespritzen haben den Vorteil, dass sie die Reben von der Seite in unterschiedlichen Höhen und zu späteren Wachstumsstadien auch die Traubenzone gleichmäßig behandeln. Durch die Beschattung der über der Traubenzone liegenden Blattetagen erfolgt die Benetzung bei der Drohne weniger gut, was einen nennenswerten Nachteil darstellt. Dieser Nachteil verursachte im vergangenen sehr feuchten Sommer Nachbehandlungsbedarf in der Traubenzone von Hand, um die Trauben genügend zu schützen. Allerdings ist das kein neues Phänomen und von den Hubschrauberapplikationen in der Praxis bekannt. In dieser Beziehung stoßen Sprühdrohnen an ihre Grenzen und müssen in ein gesamtes System des Pflanzenschutzes integriert werden.
Die Arbeitsleistung ist stark davon abhängig, wie die Größe und Topografie (Hindernisse) der Parzelle beschaffen sind und wie schnell die Betankung und der Wechsel der Akkus erfolgt. Dubuis und Jaquerod (2021) schätzen, dass etwa 40 Minuten für die Behandlung eines Hektars notwendig sind. Mit der Einführung größerer Drohnen wird aber auch die Leistung weiter gesteigert. Neben Drohnen mit größerem Brühebehälter wäre auch der automatische, gleichzeitige Einsatz mehrerer Drohnen denkbar.
Fazit
Das seit drei Jahren umgesetzte Bewilligungsverfahren für Sprühdrohnen in der Schweiz hat sich gut bewährt und ist eingespielt. Die Drohnen haben sich mittlerweile einen festen Platz in Steillagen des Rebbaus erobert wo sie die mühsame, körperlich belastende und stark exponierte Handarbeit oder den Einsatz des Hubschraubers ersetzen. Die Erfahrungen zeigen aber, dass in anspruchsvollen Jahren wie 2021 die Traubenzone nachzubehandeln ist, um die Benetzung der Trauben zu sichern. Aus Kostengründen wird nicht davon ausgegangen, dass Drohnen den Einsatz selbstfahrender Spritzen oder Traktoren auf größeren Flächen konkurrenzieren werden. Sie stellen aber für Steillagen eine wertvolle Ergänzung bisheriger Technologien dar.
Literatur
Bafu (Hrsg.), 2016: Ausbringen aus der Luft von Pflanzenschutzmitteln, Biozidprodukten und Düngern. Vollzugshilfe für Vollzugsbehörden und Anwendung. Bundesamt für Umwelt, Bern. Umwelt-Vollzug Nr. 1623: 41 S.
Dubuis, P.-H. und Jaquerod, A., 2021: Traitements par Drone. Fiches Techniques Agridea-Viticulture. Nr. 6.129, 2 S.
