Teilflächenspezifische Düngung

Traktor mit GPS-Antenne und Düngerstreuer

weißer Yara N Sensor mit Blitzlampen

Entwicklungsprojekt von Amazonen-Werke, mit dem BoniRob soll Pflanzenbeurteilung weiter automatisiert werden

Teilflächenspezifische Düngung bezeichnet die Berücksichtigung von Wachstums- und Bodenunterschieden innerhalb eines Feldes mithilfe von Technik und ist ein wichtiger Baustein im Precision Farming. Durch den Strukturwandel in der Landwirtschaft werden die Felder immer größer. Somit wird eine Differenzierung innerhalb eines Feldes nötig. Grundziel ist das richtige Mittel in der richtigen Menge zur richtigen Zeit am richtigen Ort zu applizieren. Das setzt eine Nährstoffgrundinventur voraus, um die vorhandene Verteilung der Nährstoffgehalte erkennen zu können.

Grundlagen

Von der bisherigen Praxis unterscheidet sich teilflächenspezifische Düngung darin, dass gezielt Information über Bestandes- und Bodenunterschiede erzeugt und für eine Applikationsmaßnahme genutzt werden.

Problemstellung

Durch flächeneinheitliche Düngung und gleichzeitig unterschiedlicher Entzüge der Nutzpflanzen kommt es zu einer heterogenen, unpassenden Verteilung von Nährstoffen in einem Feld.

Online und Offline-Verfahren

Je nach Anwendungsgebiet kann in Online und Offline-Verfahren unterschieden werden. Teils werden durch Offline-Verfahren Minimal und Maximalmengen vorgegeben, wobei die Feineinstellung dann durch Online-Sensoren angesteuert wird.

Offline-Verfahren

Für Anwendungen wie die Grundnährstoffdüngung, Aussaat, sowie Bodenbearbeitung wird auf Offlineverfahren gesetzt. Offline bedeutet hierbei, dass vor der Düngung zuerst Standortkarten erzeugt werden müssen. Das Feld wird am heimischen PC in kleine Quadrate (z.B. 20 mal 20 Meter) unterteilt. Jedem Quadrat wird dann eine Düngermenge zugewiesen. Solch eine Applikationskarte kann der Jobrechner des Düngerstreuers dann während der Fahrt abarbeiten. Der Traktor erhält seine Position dabei durch einen GPS-Empfänger.

Im Offline-Verfahren können zur Erstellung einer Ausbringungskarte vor der eigentlichen Düngung können folgende Parameter und Datenquellen herangezogen werden:^[1]

• Erfahrungen des Landwirts sowie durch Monitoring
• Ertragskarten von Mähdreschern
• Bodenkarten der Reichsbodenschätzung
• Nährstoffverteilungskarten welche durch Bodenproben erzeugt werden
• Luftbilder sowie
• Geländeformen

Eine Erfolgskontrolle erfolgt über die automatische Ertragskartierung auf Mähdreschern. Forschung wird besonders im Bereich der Automatisierung von Datenerfassung und Applikation betrieben.^[2]

Online-Verfahren

Aufgrund der sehr großen zeitlichen und räumlichen Heterogenität haben sich bei der Stickstoffdüngung Online-Pflanzensensoren durchgesetzt.^[3] Verschiedene Hersteller haben Messgeräte entwickelt, um den Pflanzenbestand während der Fahrt mit dem Düngerstreuer zu beurteilen. Die agronomischen wie ökonomischen Vorteile sind bisher nur für den Yara N-Sensor in Kleinparzellen- und Großflächenversuchen nachgewiesen worden.

Einsatzgrenzen von Onlinesystemen

Kaum einsetzbar sind Onlinesensor bei allen Verfahren, bei denen eine einmalige Düngergabe erfolgt. So ist bei der Unterfußdüngung im Maisanbau keine Steuerung möglich, da die Düngergabe mit der Saat erfolgt und somit ein analysierbarer Pflanzenbestand fehlt. Das gleiche trifft zu für Düngestrategien mit sehr früh applizierten Gaben, so z.B. bei stabilisierten Düngern oder dem Cultanverfahren. Allen Sensoren gemein ist das eine Mindestbestandesdichte/ -größe nötig ist um einen sauberen Messwert zu erhalten. Diese hängt wesentlich von der Messfläche, der Messgeometrie und dem Messverfahren ab. Beispielsweise kann mit dem Cropmeter erst ab fortgeschrittenem Schossen gearbeitet werden, da ansonsten die Pflanzenhöhe zu gering für das Pendel ist. Auch alle optischen Sensoren benötigen eine Mindestbodenbedeckung, da es ansonsten zu Verfälschung der Messwerte durch Reflexionen am nackten Boden kommt. Zumeist ist dies zum Ende Bestocken erreicht.

Vorteile der variablen Stickstoff-Düngung

• Versuche der Mähdruschspezialisten von feiffer-consult ergaben eine Steigerung der Mähdruschleistung um rund 15 %.^[4]
• bedarfsgerechte N-Düngung an jeder Stelle des Feldes (Berücksichtigung der N-Versorgung z.B. aus organischer Bodensubstanz, Gülle und Vorfrucht)
• höhere Stickstoffeffizienz der Düngung
• geringere Stickstoff-Bilanzsalden im Vergleich zur schlageinheitlichen Düngung
• Weitgehende Vermeidung von Lagergetreide und damit verbundenen Ertrags- und Qualitätseinbußen sowie Trocknungskosten
• variable, bedarfsgerechte Spätdüngung möglich, dadurch höhere und ausgeglichenere Rohproteingehalte
• homogenere Bestände, die gleichmäßiger abreifen und trocken, und sich somit leichter und mit geringeren Kosten dreschen lassen
• exakte Dokumentation der Düngung bei entsprechender Ausstattung^[5]

Hersteller und Modelle der Stickstoffsensoren

Online-Sensorik

Yara N-Sensor

Der „Yara N-Sensor“ (früher „Hydro-Stickstoff-Sensor“) ist ein Gerät, das während der Traktorfahrt den Düngebedarf einer Kultur ermittelt („Echtzeit-Ansatz“) und wurde zur Agritechnica 1999 als Serienmodell vorgestellt. Der Name setzt sich zusammen aus dem Namen des Düngerherstellers Yara und dem chemischen Zeichen N für Stickstoff.

Der Sensor wird auf dem Dach des Traktors montiert. Er nutzt das einfallende Sonnenlicht und ermittelt aus dem von der Pflanze reflektierten Anteil im sichtbaren Licht den Chlorophyllgehalt und im infraroten Bereich die Biomasse. Davon kann auf die bisherige Stickstoffversorgung geschlossen werden. Die Messdaten werden in Verbindung mit der Analyse einer Referenzfläche (meist mit Hilfe eines N-Testers) in Düngeempfehlungen umgerechnet, die dann von der Dünger-Ausbringmaschine zur Anpassung der tatsächlich erforderlichen Dünger-Menge verwendet werden. Dies können neben dem Düngerstreuer auch eine mit Flüssigdünger gefüllte Feldspritze sein, sowie Geräte für organischen Dünger wie Miststreuer oder Güllefässer. Bei der geteilten Düngung sind bis auf die erste Andüngung alle Maßnahmen mithilfe des Sensors möglich.

Zur Agritechnica 2011 wurde der blaue N-Sensor von dem als Version 2.0 bezeichneten grauen N-Sensor abgelöst. Zur Anwendung stehen nun insgesamt 16 agronomische Anwendungen. Technisch hinzugekommen ist eine ISOBUS-Option, Teilbreitenschaltung, direkte Kommunikation zum hauseigenen Datenportal, sowie ein komplett neu gestaltetes Terminal. Die Zentraleinheit und die Optiken wurden durch robustere und leistungsfähigere ersetzt.

2012 laufen nach Angaben des Herstellers rund 600 Systeme in Deutschland. Somit beträgt die damit gedüngte Fläche in Deutschland rund 300.000 bis 500.000 Hektar. Weltweit sind im Jahr 2012 insgesamt und 1200 Geräte im Einsatz.^[6]

YARA N-Sensor ALS

Der weiße YARA N-Sensor ALS verfügt über Xenon Blitzlampen, durch die ein Einsatz unabhängig von den Lichtverhältnissen möglich ist. Möglich ist die Kommunikation mit dem Anbaugerät unter anderem über ISOBUS. Der Sensor analysiert das sichtbare Licht (Wellenlänge 400 – 700 nm) sowie das unsichtbare Infrarotlicht (Wellenlänge 700 – 1000 nm), um daraus auf den Stickstoffernährungszustand zu schließen. Zudem kann der Echtzeitansatz mit einer Karte im Hintergrund beeinflusst werden^[7] um Extremwerte bei der Steuerung zu unterbinden. So kann das Wissen des Landwirts über spezielle Standortschaften (Sandkuppen, Mäuse- und Gänsefraß etc.) mit der Echtzeiterfassung kombiniert werden.

MiniVeg N

Der MiniVeg N von Fritzmeier misst ebenfalls während der Fahrt den Ernährungszustand der Pflanzen. Er verwendet Laserlicht, um Effekte durch Tageslicht, Witterung oder jahreszeitbedingte Schwankungen auszuschließen. Mit dem MiniVeg N ist ebenfalls eine direkte Steuerung des Düngerstreuers möglich.^[8] Es ist weder eine Kalibrierung des Gerätes nötig, noch stören Blattverschmutzungen. Der MiniVeg ist ISOBUS-fähig. Der Abstand zwischen Blättern und Sensor sollte nicht mehr als 3 cm betragen,^[9] deshalb wird das Gerät am besten im Fronthubwerk angebaut. Eine Verbreitung fand dieser Sensor im Feld bisher nicht.

Isaria

Fritzmeier Isaria

Der zweite Sensor aus dem Hause Fritzmeier läuft nicht mehr im Bestand, sondern darüber. Statt Laser werden LED's eingesetzt. Auch bei diesem System können Offset-Karten den Streuwert zusätzlich zum optischen Sensor anpassen um auf Bodensituation, Wasserverfügbarkeit und andere Parameter besser eingehen zu können. In der Praxis gestaltet sich der Einsatz solcher Karten allerdings schwierig, da selbst bei Verfügbarkeit solcher Daten deren Einfluss extremen jährlichen Schwankungen unterliegt. So sind beispielsweise in trockenen Jahren Feldbereiche mit schwerem Boden durch ihr Wasserhaltevermögen im Vorteil, in kalten und regnerischen dagegen leichte und durchlässige Untergründe. Der Einsatz solcher Karten erfordert also sehr viel Erfahrung und gute Prognosen für die aktuelle Saison.

Crop-Meter

Beim Crop-Meter der Firma agrocom wird ein pendelnd aufgehängter Messkörper durch den Bestand geführt. Durch die Auslenkung wird bestimmt, wie widerstandsfähig und wie dicht der Bestand ist. Unterschiede in der Fahrgeschwindigkeit, Fahrgassen und kupiertes Gelände können die Messergebnisse verfälschen^[10]

Crop-Sensor

Der Crop-Sensor der Firma agrocom arbeitet ebenfalls mit Reflektionsmessung. Im Fronthubwerk befinden sich hierbei 2 Sensoren.^[11] Bei den Messungen werden sowohl die Bestandesdichte, als auch die Grünfärbung der Pflanzen berücksichtigt.

GreenSeeker

GreenSeeker RT200, ein Gerät, das an einem Traktor oder einer Feldspritze angebracht wird, mit Hilfe optischer Sensoren den Pflanzenzustand erfasst und die teilflächenspezifische Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln oder Dünger ermöglicht

Der GreenSeeker ist ein Online-Messgerät von NTechIndustries/Trimble. Es untersucht die Pflanzen mithilfe von LED Lampen. Abhängig von Anzahl der Sensoren, Fahrgeschwindigkeit und Rechnerleistung haben die bewerteten Flächen einen unterschiedlich großen Anteil an der Gesamtfläche..^[12] Haupteinsatzpunkt ist die Applikation von Totalherbiziden in den USA. Dabei wird unterschieden ob ein Bewuchs vorhanden ist oder nicht. Damit kann der Einsatz von zum Beispiel Glyphosat reduziert. Weitere Anwendung fand das System im Bereich der Stickstoffdüngung. Ursprünglich für den amerikanischen Markt entwickelt ist die Verbreitung in Europa bis jetzt eher gering. Ein Hauptgrund liegt in dem Sättigungseffekt des Messwerts. Dieser ist bei etwa 70-80 kg N/ha erreicht. Unter intensiven Anbaubedingungen ist dieser Wert im frühen Schossen schon erreicht, so dass der Wert ab dann ungenau wird.^[13]

CropSpec

Der CropSpec der Firma Topcon arbeitet auf Laserbasis. Neben einem Grundmodul ist auch eine Software auf Basis der YARA-Regelfunktion erhältlich. Ähnlich wie die Sensoren von YARA wird er auf dem Dach montiert und benötigt kein extra Gestell zum Ausklappen. Durch die Schrägmessung ist auch sein Scanbereich größer als bei den Geräten mit senkrechter Messung. Für Europa ist der CropScpec nicht kommerziell erhältlich.

Handgeräte (offline)

Yara N-Tester

Der Yara N-Tester ist ein manuell zu bedienendes Gerät. Der Nutzer durchquert zu Fuß den Getreidebestand und nimmt 30 verschiedene Blätter in die Messzange. Ebenfalls über die Lichtreflexion wird auf den Ernährungszustand geschlossen. Mithilfe von Tabellenblättern werden Sortenunterschiede berücksichtigt und eine Düngeempfehlung erstellt. Im 2011 neu vorgestellten Modell wird nach Eingabe der Sorte und des EC-Stadiums direkt eine N-Empfehlung ausgegeben. Ein Update auf die jeweils aktuelle Sortenliste ist einfach über eine USB Schnittstelle möglich. Damit hat der Nutzer eine sehr genaue Bedarfsermittlung auf der Testfläche. Um diese Punktinformation auf die gesamte Fläche zu übertragen kommt ein N-Sensor zum Einsatz, welcher die N-Empfehlung des N-Testers zur Kalibrierung nutzt. Dies wird als Punktkalibrierung bezeichnet.

Nitracheck

Bei der Nitracheck-Methode verwendet man eine Reflexionsmessung in Kombination mit einem Messtreifentest um den Nitratgehalt der Pflanze zu ermitteln. Die aus dem Bestand entnommenen Getreidehalme werden gepresst, und der erhaltene Pflanzensaft wird analysiert. Diese Methode zeigt eine aktuelle, dafür aber nur sehr kleinräumige Versorgungssituation an.

Einzelnachweise

Weblinks

Commons: Yara N-Sensor – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Bornimer Agrartechnische Berichte (PDF; 686 kB)
• Homepage eines Landwirts mit Detailfotos der Technik und Erläuterung des Düngemanagements
• N-Sensor Meeting; u.a. Verbreitung, Fotos und Technik (PDF; 9,45 MB)
• Informationen rund um das Nitracheck-Verfahren