Dr. Jörg Rühlmann erklärt das Messgerät Geophilus. (c) Julian Delbrügge

Digitale Bodenkunde

Jeder Boden benötigt für ein gutes Pflanzenwachstum unterschiedliche Mengen an Nährstoffen. Dünger flächig zu streuen, kann aber bedeuten, dass auf Teilen des Ackers zu wenig oder zu viel Nährstoffe ankommen.

Von Julian Delbrügge, Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung e.V. (ILU)

Für eine perfekte Düngung wäre es am besten, Nährstoffe quadratmetergenau zu platzieren. Dies ist ein Aspekt der teilflächenspezifischen Bewirtschaftung. Dafür braucht es digitale Bodenkunde mit einer komplexen Bodenanalyse und modernen Messsystemen.

Die Veranstaltung „Digitale Bodenkunde – Einblicke in die teilflächenspezifische Bewirtschaftung“ machte diese zum Thema. Die eintägige Veranstaltung von „Landwirtschaft im Dialog“, ein Wissenstransferformat der Koordinierungsstelle im Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung (ILU) und des Bauernverbandes Brandenburg, bot Vorträge und kurze praktische Vorführungen. Ort des Geschehens: Die agt Agrargenossenschaft Trebbin in Trebbin. Eine dortige Maschinenhalle bot Platz für 30 Zuhörer und auf angrenzenden Flächen wurden die teilflächenspezifischen Lösungen vorgeführt.

Geophilus: Benannt nach einem Tausendfüßler

Anfang 2000 entwickelten das Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) und das Institut für Geowissenschaften der Universität Potsdam den Geophilus. Dieser wird vom IGZ für wissenschaftliche Projekte genutzt und vom Mitentwickler Dr. Jörg Rühlmann in Dienstleistung eingesetzt.

Der Geophilus ist als Anhänger konstruiert und wird von einem Geländewagen über die zu untersuchende Fläche gezogen. Wegen seiner Gelenkigkeit benannten die Entwickler ihr Messgefährt nach dem wissenschaftlichen Gattungsnamen für einen Tausendfüßler.

Geophilus: So funktioniert er

Ein Gammasensor am Geophilus erkennt die natürliche Gammastrahlung des Bodens, die in enger Beziehung zum Tongehalt steht. „Je höher der Gehalt, desto höher die Gammaaktivität“, wie Diplom-Agraringenieur Jörg Rühlmann ausführte. Flächige Unterschiede im Tongehalt werden bis zu einer Tiefe von 30 cm erkannt.

Die zwölf Räder des Tausendfüßlers bestehen aus Metall und übernehmen so den Job einer Elektrode. Denn das vordere Radpaar leitet während der Fahrt ein elektrisches Signal in den Boden. Die übrigen zehn Metallräder – die Messelektroden – empfangen dieses Signal und leiten es zu einem Widerstandssensor. Dabei erfassen die Elektrodenpaare eine Bodentiefe von bis 1,5 m. Der Bodenwiderstand wird unter anderem beeinflusst von Korngröße, Wassergehalt und Verdichtungsgrad, die Korngröße sagt zudem etwas über Humusgehalt, Wasser- sowie Nährstoffspeicherfähigkeit aus.

Besucher der Veranstaltung  „Digitale Bodenkunde“ interessieren sich für den Sammelarm  für Bodenproben der Firma  Agricon
Besucher der Veranstaltung „Digitale Bodenkunde“ interessieren sich für den Sammelarm für Bodenproben der Firma Agricon. (c) Julian Delbrügge

Ein GPS-Empfänger auf dem ziehenden Fahrzeug liefert dazu noch die Geodaten. Zusätzlich werden an wenigen Punkten im Feld echte Bodenproben als Referenz genommen, um den Sand-, Ton- und Schluffgehalt festzustellen.

Durch Verrechnung aller Daten stehen am Ende digitale Karten, die zeigen, wo Areale mit hohen Tongehalten beziehungsweise Sandgehalten liegen. Daraus leiten sich für einen Landwirt Informationen für das Management ab: Zur auszubringenden Saatgut- und Kalkungsmenge, Düngerverteilung beziehungsweise welche Nährstoffmengen wo einzubringen sind. Ist eine optimale Befahrbarkeit gegeben, können 100 bis 120 ha pro Tag bei 18 m Spurabstand befahren und gemessen werden.

kalkung optimieren: Sensorpaket im Dreipunkt

In dem Forschungsprojekt pH-BB wiederum wird die Kalkung optimiert. Hier ermittelt der Geophilus-Sensor die Korngrößenverteilung, den pH-Wert sowie Humusgehalt liefert eine Multisensorplattform. Diese Entwicklung aus den USA wird in der Dreipunktaufhängung eines Schleppers über den Acker gezogen und wurde vom Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) erweitert. Am Ende des Projektes steht eine Software für Praktiker, die aus allen Daten teilflächenabhängige Kalkmengen errechnet.

Agricon: Ein nichtmetallischer Schlitten

Den elektrischen Widerstand misst auch Agricon. Die Firma setzt aber auf das verbreitete EM 38, das als nichtmetallischer Schlitten hinter einem Fahrzeug hergezogen wird. Es bildet nur eine Tiefenschicht ab, ebenso bis 1,5 m. Bodenproben nimmt später eine Vorrichtung am Fahrzeug während der Fahrt auf. Deren Laboranalyse liefert die pH-Werte und Gehalte an Phosphor, Kali und Magnesium, um daraus die Strategie für die Kalkung, Grunddüngung und organische Düngung, aber auch Saatausbringung abzuleiten.

Darüber hinaus bietet Agricon den sogenannten N-Sensor von Yara an, der, montiert auf dem Schlepperdach, den aktuellen Stickstoffgehalt in der Ackerkultur erfasst und so bei der Stickstoff-Planung hilft.

Die eigentliche Berechnung der Düngeplanung geschieht in der firmeneigenen Plattform Agriport. Agricon hält Mehrerlöse bei richtiger Phosphor- und Kali-Planung von bis zu 50 Euro pro Hektar und Jahr für möglich, ebenso bei zielgenauer Kalkung.

FarmLab: Mit drei Stichen zum Ergebnis

Seit Sommer 2020 ist das Farm-Lab der Stenon GmbH im Handel und mittlerweile von der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft (DLG) zertifiziert, allerdings fehlt noch die VDLUFA-Anerkennung. Das FarmLab besitzt neben einem GPS-Sensor Licht- und Wettersensoren. Am Fuß des spatenähnlichen Gerätes folgen optische und elektronische Sensoren.

Auf dem Acker wird das FarmLab in den Boden gesteckt. Alle von den Sensoren erfassten Daten werden in eine Cloud gesendet und dort per Algorithmus in konkrete Werte umgerechnet. Für ein korrektes Ergebnis bedarf es dreier Einstiche, drei Minuten später folgt ein Messergebnis. Voraussetzung allerdings: „Eine stabile Internetverbindung“, wie Martin Jahr von Stenon betonte. Werte können aber auch gespeichert und später, wenn eine Internetverbindung besteht, übertragen werden.

Die gewonnenen Werte sind umfangreich: Darunter die klassischen Nährstoffe und der pH-Wert, aber auch organischer Kohlenstoff, Humusgehalt sowie Temperatur und Feuchtigkeitswerte. Über eine Software können sich Landwirte anschließend eine Düngeempfehlung für ihren Betrieb ausgeben lassen.

Pix4D: Äcker mit der Drohne kartieren

Das Messergebnis des FarmLab  von Stenon kommt aus der Cloud.  Lange warten muss man darauf  nicht, wenn das Internet stabil  genug ist.
Das Messergebnis des FarmLab von Stenon kommt aus der Cloud. Lange warten muss man darauf nicht, wenn das Internet stabil genug ist. (c) Julian Delbrügge

Julius Petri von Pix4D stellte einen noch ganz anderen Ansatz vor. Pix4D kartiert mit Drohnen die Äcker. Die Flugplanung für eine Drohne ist zum Beispiel mit einem Tablet recht einfach möglich.

Der Drohnenpilot markiert vor Ort die Fläche auf einer digitalen Karte, eine Software berechnet die Flugbahn, die die Drohne automatisch absolviert. Durch Abfliegen der Feldgrenzen lässt sich zum Beispiel ein Schlag vermessen, die Einzelbilder der Drohne lassen sich zudem zu einer georeferenzierten Karte zusammenfügen. Das hilft Landwirten, Lücken im Bestand zu entdecken und auszumessen – gut als Nachweis bei Versicherungsfällen. Regelmäßiges Befliegen unterstützt so beim Überwachen des Aufwuchses.

Aktuell arbeitet die Firma an der Eingrenzung von Unkrautnestern für einen teilflächenspezifischen Herbizideinsatz. Hier werden noch Landwirte für eine Zusammenarbeit gesucht.

Die genannten Aufgaben sind mit herkömmlichen Drohnen mit Standard-Kameras möglich und können von Landwirten selbst übernommen werden. Die Firmensoftware „PIX4Dfields“ hilft beim Erstellen der Karten.

Pflanzenstress multispektral erkennen

Mit teuren Multispektralkameras dagegen, die auch nicht sichtbares Licht nutzen, lässt sich Pflanzenstress sichtbar machen. Ausgelesen wird das vom Blattgrün reflektierte Licht, das sich je nach Zustand der Pflanze unterscheidet. Über den Vitalindex NDVI können Dienstleister somit Flächen in Beständen mit schlechter Stickstoffversorgung identifizieren und daraus eine Applikationskarte erstellen.

DIWELA: Bodenproben im Computertomograph

Isabell Szallies von der Agrathaer GmbH stellte das Projekt DIWELA vor. Hierbei durchleuchten die Wissenschaftlerinnen mit einer Medizinischen Computertomographie (CT) und einer Micro CT Bodenproben. Dadurch werden alle Gänge, Feinwurzeln sowie Verdichtungen im Boden sichtbar, in teils hoher Auflösung. Die Gänge entstehen häufig durch Regenwürmer, viele davon bedeuten also ein aktives Bodenleben.

Und noch mehr wird sichtbar: So sind Proben von Äckern, die per Direktsaat bewirtschaftet werden, feiner durchwurzelt und zeigen mehr Bodenleben, als Proben gepflügter Äcker. Ziel des Projektes ist, aus den gewonnenen Erkenntnissen und mithilfe weiterer Parameter Rückschlüsse auf das Bodengefüge zu ziehen.

Digitale Bodenkunde: FAZIT

Der finanzielle Einsatz für die teilflächenspezifischen Bewirtschaftung zahlt sich vor allem aus, wenn die Techniken kontinuierlich angewendet werden. Ebenso braucht es seine Zeit, bis die Wirtschaftenden die komplexe Technik der digitalen Bodenkunde routiniert anwenden. Zwar fehlen noch Schnittstellen, zum Beispiel zur bestehenden landwirtschaftlichen Technik, doch die Technik verbessert sich ständig.


Mehr Informationen zum Thema unter www.ilu-ev.de



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