Da viele Menschen auf der ganzen Welt an verschiedenen Formen der Unterernährung leiden, ist es wichtig, dass die Grundnahrungsmittel wie Reis, Soja und Weizen so nahrhaft wie möglich sind. Untersuchungen zeigen, dass die Copernicus Sentinel-2-Mission und die italienische Prisma-Mission zur Überwachung des Nährstoffgehalts von Grundnahrungsmitteln eingesetzt werden könnten. Dies könnte Landwirten beispielsweise dabei helfen, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um die Qualität ihrer Pflanzen während des Wachstums zu verbessern.
Unterernährung aufgrund eines Mangels an Mikronährstoffen wie Kalzium und Kalium betrifft mehr als zwei Milliarden Menschen – das sind über 25 % der Weltbevölkerung.
Diese Art der Unterernährung ist ein besonderes Problem für diejenigen, die sich auf pflanzliche Ernährung verlassen und nur begrenzten Zugang zu nährstoffreichen Lebensmitteln haben.
Es wird manchmal als „versteckter Hunger“ bezeichnet, da Menschen in manchen Fällen zwar genügend Kalorien zu sich nehmen, aber tatsächlich nicht genügend essentielle Nährstoffe und Vitamine erhalten.
Dies kann zu schwerwiegenden Gesundheitsproblemen führen, darunter eine Beeinträchtigung der körperlichen und geistigen Entwicklung, eine erhöhte Anfälligkeit für verschiedene Krankheiten und sogar einen vorzeitigen Tod.
Die wachsende Weltbevölkerung und die Klimakrise verschärfen bereits das Problem der Ernährungssicherheit, sodass die Sicherstellung möglichst nahrhafter Grundkulturen immer wichtiger wird.
Herkömmliche Methoden zur Messung der Nährstoffkonzentration umfassen typischerweise das Sammeln von Getreide während der Erntezeit und die Analyse der Proben in einem Labor. Diese Methoden sind eindeutig zu kostspielig und zeitaufwändig, um sie in großem Maßstab anzuwenden.
Da die Nährstoffmessung zudem erst nach der Ernte erfolgt, ist mit diesen Methoden ein effektiver Düngeeingriff bereits während des Pflanzenwachstums ausgeschlossen.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, führten Wissenschaftler der Universität Twente in den Niederlanden und des Nationalen Forschungsrates Italiens Untersuchungen zum Potenzial des Einsatzes von Satelliten zur Überwachung der Nährstoffe von Nutzpflanzen auf großen Flächen durch, um den Landwirten genügend Zeit zu geben, mit Düngemitteln oder anderem einzugreifen landwirtschaftliche Praktiken, bevor sie tatsächlich ernten.
Die meisten optischen Satellitensensoren verwenden einige breite Spektralbänder, die nicht empfindlich auf den Nährstoffgehalt der Pflanzen reagieren.
Allerdings reagieren das hyperspektrale Instrument der Prisma-Mission der italienischen Raumfahrtbehörde und das multispektrale Instrument der Copernicus Sentinel-2-Mission empfindlich auf Merkmale im Zusammenhang mit dem Nährstoffgehalt, wobei ihre verschiedenen Spektralbänder unterschiedliche Empfindlichkeitsgrade aufweisen.
Das Team wählte einen Teststandort in der Po-Ebene in Italien aus und konzentrierte sich auf vier Nutzpflanzen: Mais, Reis, Sojabohnen und Weizen. Anschließend verglichen sie Signale in den Satellitendaten, die sich auf Nährstoffe wie Phosphor, Magnesium, Zink und Kalium bezogen, mit im Labor gemessenen Nährstoffen.
Ihre Forschung wurde durch ein ESA-Earth Observation Science for Society-Projekt mit dem Titel „HyNutri Sensing Hidden Hunger with Sentinel-2 and Hyperspectral“ unterstützt.
Die Mannschaften Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Fernerkundung der Umwelt.
Mariana Belgiu von der Universität Twente sagte: „Diese ersten Versuche, die Mikro- und Makronährstoffkonzentration von Grundnahrungsmitteln aus Prisma und Sentinel-2 abzuschätzen und vorherzusagen, sind für einige Nährstoffe wie Kalium (K) und Phosphor tatsächlich ermutigend.“ (P), Magnesium (Mg) und Eisen.
„Für andere Nährstoffe bleibt die Machbarkeit jedoch eine offene Frage, die weiterer Untersuchungen bedarf. Dank des Science for Society-Programms der ESA haben wir ein Folgeprojekt, EO4Nutri, gestartet, um diesen Schritt zu gehen.“
Espen Volden von der ESA bemerkte: „Wir hoffen, dass diese Forschung letztendlich dazu führen wird, dass Landwirte in der Lage sind, frühzeitig in der Vegetationsperiode einzugreifen und die Nährstoffqualität von Getreide zu verbessern, oder dass Regierungen und Organisationen für Ernährungssicherheit andere Aktivitäten planen, um sicherzustellen, dass gefährdete Bevölkerungsgruppen mit ausreichend Nährstoffen versorgt werden.“
„Dies ist beispielsweise besonders relevant für Länder in Afrika, in denen Makro- und Mikronährstoffdefizite häufiger auftreten.“
„Mit Blick auf die Zukunft wird eine neue Satellitenmission namens CHIME, die die ESA für das europäische Copernicus-Programm entwickelt, ein neues Hyperspektralinstrument tragen und sich auch zur Bestimmung des Nährstoffgehalts von Nutzpflanzen eignen – und hoffentlich dazu beitragen, den versteckten Hunger zu lindern.“
Mehr Informationen:
Mariana Belgiu et al., Spektrale Reaktion von PRISMA und Sentinel-2 auf die Nährstoffzusammensetzung von Getreide, Fernerkundung der Umwelt (2023). DOI: 10.1016/j.rse.2023.113567