Drohnen und Mais: Eine neue Methode zur Bekämpfung von Überschwemmungsschäden

Überschwemmungen können für die Felder echt hart sein. Für die Landwirte im Mittleren Westen ist das oft ein Kampf. Zwischen 2014 und 2023 wurden in sechs von zehn Jahren mehr Kohle für Überschwemmungsschäden ausgezahlt als für Dürre. Also, was geht eigentlich mit diesen Überschwemmungen? Die Felder werden matschig, und das kann ein riesiges Problem für Pflanzen sein, die wachsen wollen. Zu verstehen, wie Pflanzen mit all dem Wasser klarkommen, kann knifflig sein, weil die Felder oft unter Wasser stehen, was das Studieren erschwert.

Mit dem Klimawandel könnten diese Überschwemmungen sogar noch häufiger werden. Forscher haben nach Möglichkeiten gesucht, die Auswirkungen von Überschwemmungen auf Mais zu untersuchen, ohne dabei wirklich nass zu werden. Da kommen Drohnen ins Spiel! Diese fliegenden Teile können detaillierte Bilder von den Feldern machen, sodass die Wissenschaftler herausfinden können, wie gut verschiedene Maissorten mit zu viel Wasser klarkommen.

#Die Probleme mit zu viel Wasser

Wenn Felder durchnässt sind, kann das den Wurzeln der Pflanzen schaden. Bei Mais kann das zu Problemen wie schwachem Wurzelwachstum oder sogar zum Wurzelsterben führen. Wenn Maispflanzen zu viel Wasser bekommen, haben sie Schwierigkeiten, Nährstoffe aufzunehmen, was bedeutet, dass sie nicht so hoch oder stark wachsen. Wenn die Wurzeln nicht atmen können – wegen des ganzen Wassers – fangen sie an zu sterben.

In einer Studie fanden die Forscher heraus, dass das Halten von Mais bei kontrollierten Überschwemmungen für fünf Tage zu Wurzelsterblichkeitsraten von bis zu 100% führte. Das ist, als würde man die Maispflanzen auf eine Einbahnreise in den Pflanzenhimmel schicken! Jedes Jahr können Überschwemmungen die Erträge schädigen und die Bauern lassen die Verluste in Milliardenhöhe zählen.

Überschwemmungen wirken sich nicht nur auf die Wurzeln aus; sie können auch zu Einknicken führen. Das ist, wenn Pflanzen umfallen. Manchmal biegen sie sich, und manchmal brechen sie. Maispflanzen können sich über 15% von der aufrechten Position neigen, und das nennt man Wurzel-Einknicken. Das passiert oft nach Stürmen, bevor die Pflanzen die Chance hatten, ihre Wurzeln zu stärken. Wenn die Pflanzen umfallen, haben sie Mühe, wieder "aufzustehen" und richtig zu wachsen, was weniger Mais für die Bauern bedeutet.

#Luftbildaufnahme: Fliegen zur Rettung

Die Forscher nutzen Drohnen, um Informationen über Maisfelder zu sammeln, besonders während Überschwemmungen. Drohnen können über die Felder fliegen und Bilder machen, ohne dass Menschen durch den Matsch waten müssen. Im Gegensatz zu Satelliten können Drohnen bessere Bilder machen, die den Wissenschaftlern einen genaueren Blick auf die Pflanzen geben.

Mit diesen Bildern können die Wissenschaftler herausfinden, wie gut die Maispflanzen in überfluteten und nicht überfluteten Feldern abschneiden. Drohnen helfen auch dabei, Dinge wie Pflanzenhöhe und Wachstumszustand zu messen. Ausserdem verringert der Einsatz von Drohnen das Risiko von Unfällen während Überschwemmungen und macht es sicherer für alle Beteiligten.

#Forschungsaufbau

In einer aktuellen Studie führten die Forscher zwei Experimente mit den gleichen Maissorten in verschiedenen Jahren und Orten durch. Ein Feld in Missouri war überflutet, während ein anderes klare Himmel hatte. Beide Felder hatten die gleichen Maissorten, damit die Wissenschaftler vergleichen konnten, wie sie unter verschiedenen Bedingungen abgeschnitten haben.

Das überflutete Feld war für etwa 24 Stunden komplett unter Wasser, bevor das Wasser zu sinken begann. Vor der Überschwemmung war der Mais in gutem Zustand, aber das Wasser bedeckte die Pflanzen, und bald würde es chaotisch werden.

#Datensammlung mit Drohnen

Während der Wachstumsperiode nutzten die Forscher Drohnen, um wöchentliche Bilder der Maisfelder aufzunehmen. Ihr Ziel war es, zu überwachen, wie es den Pflanzen ging, sowohl vor als auch nach dem Überschwemmungsereignis. Mit einer speziellen Kamera konnten sie Daten sammeln und Bilder erstellen, die die Gesundheit der Maispflanzen im Laufe der Zeit zeigten.

Nach der Überschwemmung sahen die Maispflanzen aus, als hätten sie einen harten Kampf hinter sich. Das schmutzige Wasser hinterliess ein Chaos, und viele Pflanzen zeigten Anzeichen von Schäden. Die Forscher bemerkten einen erheblichen Rückgang der aufrechten Pflanzen nach der Überschwemmung. Sie mussten mit den Folgen der matschigen Felder und umgefallenen Pflanzen umgehen, waren jedoch entschlossen herauszufinden, wie sich der Mais erholen würde.

#Der Einfluss von Überschwemmungen auf das Wachstum von Mais

Nach der Analyse aller Daten fanden die Forscher einige auffällige Ergebnisse. Im überfluteten Feld sanken die NDVI-Werte (eine Methode zur Messung der Gesundheit einer Pflanze basierend auf dem Licht, das sie reflektiert) nach der Überschwemmung erheblich. Gesunde Pflanzen reflektieren mehr Licht und haben höhere NDVI-Werte, während kämpfende Pflanzen weniger reflektieren.

Vor der Überschwemmung hatten die Maispflanzen hohe NDVI-Werte im Vergleich zum nicht überfluteten Feld. Aber nach der Überschwemmung stürzten die Werte ab. Im Gegensatz dazu wuchs der nicht überflutete Mais ganz normal weiter. Die Unterschiede in den NDVI-Werten zwischen den beiden Feldern waren auffällig.

26 Tage nach der Überschwemmung, während das nicht überflutete Feld florierte, hatte das überflutete Feld immer noch Mühe, sich vollständig zu erholen. Die Forscher sahen Pflanzenansammlungen, die entweder sich erholten oder noch in ernsthaften Schwierigkeiten waren.

#Warum einige Pflanzen besser abschnitten

Trotz des Chaos, das die Überschwemmung angerichtet hat, gab es ein paar resistente Maishybriden, die standhaft blieben. Einige dieser Pflanzen zeigten sogar einen Anstieg der NDVI-Werte nach der Überschwemmung. Die Forscher bemerkten, dass diese Pflanzen höhere Bestandszahlen hatten, was bedeutet, dass mehr Pflanzen standhaft geblieben sind.

Als die Forscher tiefer gruben, fanden sie heraus, dass die Pflanzen, die weniger unter Einknicken litten, tendenziell besser abschnitten. Sie entdeckten auch genetische Unterschiede, die helfen könnten, Maishybriden zu identifizieren, die in Zukunft resistenter gegen Überschwemmungen sein könnten.

#Das genetische Rätsel

Mit ihren Ergebnissen begaben sich die Forscher darauf, mehr über die genetischen Faktoren zu erfahren, die einige Maishybriden in Überschwemmungsbedingungen erfolgreicher machten. Sie führten eine sogenannte Genome Wide Association Study (GWAS) durch, um herauszufinden, welche Gene mit besserer Überschwemmungstoleranz verbunden waren.

Eine interessante Entdeckung war ein spezifischer genetischer Marker auf Chromosom 3, der anscheinend mit der Gesundheit von Mais nach Überschwemmungen assoziiert war. Man dachte, dass dieses Gen eine Rolle spielt, wie Pflanzen auf Stress reagieren, was entscheidend sein könnte, um in Zukunft überschüttungsresistenten Mais zu züchten.

#Fazit

Am Ende hob die Studie die Nützlichkeit von Drohnen hervor, um zu verstehen, wie Überschwemmungen Mais beeinflussen. Der Einsatz von Drohnen machte die Datensammlung nicht nur sicherer, sondern lieferte auch wichtige Einblicke in die Resilienz der Pflanzen.

Mit steigenden Überschwemmungen durch den Klimawandel könnte diese Information ein echter Game-Changer für die Bauern sein. Sie könnten möglicherweise Maishybriden auswählen, die besser mit zu viel Wasser umgehen können, was ihnen helfen würde, die Erträge aufrechtzuerhalten und ihre Lebensgrundlage zu schützen.

Also, das nächste Mal, wenn du ein Maisfeld siehst, denk an die Kämpfe, denen es gegenübersteht – Überschwemmungen, Einknicken und der Überlebensdrang. Und denk dran, während Pflanzen vielleicht nicht gut schwimmen können, können sie mit ein bisschen Hilfe von Technologie und Genetik sicher zurückprallen!