Entwicklungen im digitalen Ackerbau_Foto1 Drohne-Sensor

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Jobst Gödeke | am

Die Trends im digitalen Ackerbau

Daten sammeln, Nutzen von Sensorik und Drohnen sowie digital gesteuerte Düngung - damit können Landwirte die Arbeit auf dem Acker effizienter gestalten. Wir haben nützliche Tipps.

Landwirten war schon lange bekannt, dass der Ertrag innerhalb eines Feldes nicht überall gleich ist. Jedoch konnten erst durch Messung und georeferenzierte Kartierung von Durchsätzen auf dem Mähdrescher Daten gesammelt und Ertragskarten erstellt werden.

Mit der Zielsetzung das Ergebnis auf einem Schlag betriebswirtschaftlich und ökologisch zu optimieren, wurden Konzepte für eine an den Ertrag angepasste Bewirtschaftung entwickelt, die sogenannte teilflächenspezifische Bewirtschaftung.

Daten sammeln und nutzen

In der Regel beruht die Klassifizierung der Grundnährstoffe auf einer Mischprobe. Pro Beprobungspunkt oder -strecke werden mehrere Proben gezogen und vermengt. Dies liegt daran, dass die Nährstoffverteilung im Boden kleinräumig stark variieren kann und eine einzelne Probe möglicherweise ein nicht repräsentatives Ergebnis liefert.

Wird jedoch die Position der Probenahmestellen mit Hilfe eines GPS-Empfängers aufgezeichnet, so kann im Anschluss an die Beprobung und die Analyse durch räumliche Interpolation eine Nährstoffkarte erzeugt werden. Diese Nährstoffkarte bildet die Datengrundlage für eine teilflächenspezifische Grunddüngung.

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Teilflächenspezifische Düngung als Mittel

Bei der teilflächenspezifischen Düngung unterscheidet man zwischen den Verfahren der Stickstoffdüngung und der Grunddüngung. Der Gehalt des Bodens an Phosphor, Kalium und Kalk weißt im Gegensatz zu Stickstoff geringe jahreszeitliche Schwankungen auf und nimmt auch über Jahre hinweg nur langsam ab.

So können beispielsweise Teilbereiche, die eine Unterversorgung an Nährstoffen aufweisen, auf die gewünschte Gehaltsklasse angehoben und somit eine optimale Versorgung der Pflanzen sichergestellt werden. Auf Teilflächen, die überversorgt sind, kann die Düngermenge reduziert und Kosten eingespart werden.

Bei der teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung stehen die Pflanzen im Mittelpunkt und nicht der Boden, daher ist es von großer Bedeutung, dass die Daten zeitnah ermittelt werden. Bei allen Verfahren zur variablen Stickstoffdüngung wird die Reflektion von rotem und nahinfrarotem Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen gemessen.

Die Verfahren unterscheiden sich jedoch hinsichtlich der Position des Sensors, den betrachteten Wellenlängen und der Breite des Wellenlängenbereichs, der gemessen wird.

Weiterhin unterscheiden sich die Systeme hinsichtlich ihrer Strahlungsquelle in aktive und passive Systeme. Passive Systeme messen die Reflektion des Sonnenlichts, aktive Systeme senden aktiv, über eine „Birne“, Licht aus und können auch bei Dunkelheit eingesetzt werden. Diese Systeme gelten als genauer, da sie das Verhältnis zwischen Einstrahlung und Reflexion besser bestimmen können.

Entwicklungen im digitalen Ackerbau_Foto3 Terminal mit Karte

Düngebedarf der Pflanzen ermitteln

Pflanzen reflektieren rotes Licht schwach, im Übergang zum nahinfraroten Licht nimmt die Reflektion allerdings zu. Der Verlauf des Anstiegs steht in engem Zusammenhang mit dem Chlorophyllgehalt der Blätter, dieser wiederum lässt Rückschlüsse auf die Stickstoffaufnahme der Pflanze schließen. Aus den Reflektionen werden anschließend Vegetationsindizes berechnet, wie z.B. der NDVI-, IRMI- oder REIP-Index.

Diese Vegetationsindizes bilden die Grundlage für Kalibrierkurven, aus denen abgeleitet werden kann wie hoch der Düngebedarf der Pflanzen ist.

Entwicklungen im digitalen Ackerbau_Foto2 Cropexplorer

Präzise Düngeempfehlung dank Sensoren

Im Getreide haben sich seit einigen Jahren schlepperbasierte Systeme, wie Yara N-Sensor, Isaria/Claas Cropsensor oder Greenseeker von Trimble etabliert. Bei einigen Sensoren, wie z.B. dem Cropsensor wird mit minimalem Kalibrieraufwand dem Landwirt eine präzise Düngeempfehlung gegeben, bei anderen Sensoren, wie dem Greenseeker muss der Landwirt die Höhe und die Spannweite der Düngermenge selbst festlegen.

Als Alternative dazu bieten Dienstleister aus dem Vor- und nachgelagerten Bereich satellitenbasierte Düngeempfehlungen an. Diese Applikationskarten basieren in der Regel auf der Grundlage des Vegetationsindizes NDVI.

Tipps für das Nutzen von Satellitenkarten

Beim Einsatz von Satellitenkarten ist zu beachten, dass die Karten aktuell sind und die Bilder frei von Bewölkung sind, außerdem kommt es an Feldrändern häufig zu Problemen, wenn sich an diesen eine Baumreihe befindet. Bei den Düngekarten muss der Landwirt ebenfalls Höhe und Spannweite der Düngergabe selber festlegen.

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Drohnen zur Fernerkundung nutzen

Eine weitere Möglichkeit bietet die drohnenbasierte Fernerkundung. Zunächst findet eine systematische Drohnenbefliegung des Feldes statt, wobei die Drohne idealerweise mit RTK und einer Multispektralkamera ausgestattet ist.

Im Anschluss daran werden die einzelnen Bilder zu einem georeferenzierten Orthomosaik zusammengesetzt. Aus den Multispektraldaten wird eine Zonenkarte abgeleitet, dabei werden anhand von Indexwerten üblicherweise fünf Zonen unterteilt. Jeder dieser fünf Zonen wird manuell eine Aufwandmenge zugewiesen.

Die Zonenkarte wird anschließend auf die Feldgrenzen zugeschnitten und in einem maschinenlesbaren Format auf das Düngerstreuerterminal übermittelt.

Im Vergleich zum satellitenbasierten Ansatz fällt die Bewölkungs- und Feldrandproblematik beim Drohneneinsatz weg, außerdem liegen die Satellitenaufnahmen nicht immer kurzfristig und zum richtigen Zeitpunkt vor, während Drohnenaufnahmen die aktuelle Bestandssituation kurz vor der geplanten Düngegabe wiederspiegeln. Für die Drohnenbefliegung und die begleitende Datenprozessierung ist allerdings tiefgreifendes Know-how und Zeit einzuplanen.

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