Sensorgestützte Kartierung von Bodeneigenschaften für die teilflächenspezifische Kalkung

In this chapter, terms relating to liming are explained, and an introduction to the importance of liming and the need for liming of agricultural crops is given. The extent of suboptimally limed areas in Germany is described and the causes for the suboptimal lime supply are mentioned. After introducing the principle of lime requirement determination, the influences of incorrect soil information and their causes are outlined, and resulting losses are pointed out. Thus, the need for site-specific, sensor-based liming is explained, and ultimately the motivation for this book is given. Precise liming requires a workflow of various steps in a networked system. Reference is made to their description in the following chapters. In this chapter, the reader is introduced to the terminology in the framework of liming. The importance of liming and the need for liming of agricultural crops is highlighted. Statistical evidence for insufficient pH management in Germany is given and causes for the suboptimal lime supply are discussed. After introducing the principle of lime requirement determination, the impact of erroneous soil information and their causes are outlined, as well as resulting yield losses. A solution to this problem is a more precise liming which regards site-specific requirements using sensor-based information. The necessity to provide sound knowledge on precision liming motivates this book. Precise liming comprises a workflow of various steps in an interconnected system. This workflow is briefly introduce and references are given to the detailed description in the successive chapters.

Das Kapitel informiert über die praktischen Anforderungen an Sensorsysteme zur Bodenkartierung. Das Hauptaugenmerkt liegt auf den Sensoren zur Erfassung kalkungsrelevanter Bodenparameter. Ergänzend werden grundlegende Merkmale von Sensorsystemen beschrieben, welche zu deren Charakterisierung und Bewertung von Bedeutung sind. This chapter informs about practical requirements to be met by sensor systems when using them for soil mapping. Focus is on sensors for detecting soil parameters relevant for liming. Additionally, fundamental features of sensor systems are introduced, which are relevant for their characterisation and assessment.

Die sensorbasierte Erfassung der Bodentextur hat sich als sehr effiziente Methode zur Generierung präziser, räumlich hoch aufgelöster Bodentexturkarten erwiesen. Ausgehend von der Definition der Bodentextur enthält dieses Kapitel Angaben zur pflanzenbaulichen Bedeutung sowie zu Methoden der Bestimmung der Bodentextur. Weiterhin ist der aktuelle Stand der in den Landwirtschaftsbetrieben verwendeten Datengrundlagen für die Berücksichtigung der Bodentextur im pflanzenbaulichen Management dargestellt. Den Schwerpunkt des Kapitels bildet die Beschreibung der zur sensorbasierten Texturbestimmung geeignetsten Messprinzipien incl. der bereits in praktischer Anwendung befindlichen Sensoren.

Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen zur Messung des pH-Wertes im Boden. Es umfasst Definitionen des pH-Werts und der Bodenacidität, informiert über die Bedeutung des pH-Wertes und gibt einen Überblick über Messmethoden. Ionenselektive Elektroden (ISE) sind die bislang geeignetsten Sensoren und werden daher detailliert dargestellt. Für die direkte Messung im Boden haben sich ISE aus Antimon bewährt. Deren Einsatz für die Bodenkartierung wird praxisnah beschrieben. This chapter explains the fundamentals for measuring pH in soils. It encompasses definitions of the pH and soil acidity, informs about the relevance of soil pH and provides an overview of pH measurement methods. Up to now, ion-selective electrodes (ISE) are the most suitable sensors. Thus, they are described in detail. For direct measurement of pH in soils antimony ISE are well-proven. Practicalities of their application in soil mapping are presented at length.

Der Humusgehalt ist ein wichtiger Bodenfruchtbarkeitsindikator, da er eine Vielzahl wichtiger physikalischer, chemischer und biologischer Bodeneigenschaften sowie den Kohlen- und Stickstoffkreislauf direkt oder indirekt positiv beeinflusst. Die Bedeutung von Humus zeichnet sich dadurch aus, dass durch die komplexen Wirkmechanismen nahezu alle Bodeneigenschaften verbessert werden. Im Sinne der Grundsätze der guten fachlichen Praxis und Vorsorgepflicht, ist der Erhalt standorttypischer Humusgehalte im Oberboden verpflichtend. Darüber hinaus gewinnt ein nachhaltiges Humusmanagement als Anpassungsmaßnahme an den Klimawandel zunehmend an Bedeutung, um Produktionsrisiken, die von steigenden Temperaturen, abnehmenden Niederschlägen in der Vegetationsperiode und zunehmenden Extremereignissen ausgehen, zu reduzieren. Dieses Kapitel gibt einen Überblick über geeignete Nahbereichs- und Fernerkundungssensoren, die ihr Potenzial zur räumlichen Erfassung des Humusgehaltes eines Feldes bewiesen haben. Der Fokus liegt dabei stärker auf kommerziell verfügbaren Sensorsystemen, die im Rahmen des EIP-AGRI Projekts „Präzise Kalkung in Brandenburg (pH-BB)“ zum Einsatz gekommen sind.

Eine teilflächenspezifische Kalkung erfordert hochauflösende Bodendaten, um die Variabilität der Bodeneigenschaften besser zu bewerten und die Entscheidungssicherheit zu erhöhen. Verschiedene Bodensensoren können diese Informationen liefern und mittels geeigneter Verfahren können damit Bodeneigenschaftskarten erzeugt werden. Die mit den mobilen Sensoren erfassten Punktmessdaten werden zunächst interpoliert, um flächenhafte Sensordatenkarten zu erhalten. Anschließend werden diese Karten zur Festlegung von Beporbungspunkten verwendet. An diesen Referenzpunkten werden im Feld Proben entnommen und im Labor mit Standardmethoden auf die Bodeneigenschaften untersucht. Die flächenhaften Sensordaten werden am Ende mit den Labordaten verschnitten, um Bodeneigenschaftskarten für pH, Textur und Humusgehalt zu erstellt.

In diesem Kapitel wird beschrieben, wie mithilfe von Bodenparameterkarten Bedarfsmengen an CaO-Äquivalenten berechnet und Kalkapplikationsempfehlungen abgeleitet werden. Als erstes wird der Basenbedarf anhand der Bodeneigenschaften pH, Textur und Humusgehalt als CaO-Menge berechnet. Die berechneten CaO-Mengen werden an die Arbeitsbreite des Düngerstreuers angepasst und eine entsprechende Karte erstellt. Nach Festlegung des Düngers erfolgt unter Berücksichtigung seines Neutralisationswertes die Umrechnung in Kalkmengen. Abschließend werden Anpassungen wie Kalkungsintervall und Höchstmengen berücksichtigt, um die Applikationskarte zu erstellen und ins Terminal des Düngerstreuers zu exportieren.

Für die Präzisionslandwirtschaft sind hochaufgelöste Bodeneigenschaftskarten, die die Variabilität im Feld kleinräumig abbilden, von zunehmender Bedeutung. Durch ihre Verknüpfung mit agronomischen Entscheidungsregeln wie z. B. dem VDLUFA-Algorithmus zur Bestimmung des Kalkbedarfs kann die Düngemenge für jeden Ort des Feldes ermittelt werden. Für die Errechnung einer Streukarte aus Sensordaten ist eine Vielzahl statistischer, empirischer, geostatistischer und hybrider Methoden erforderlich. Damit ihre Anwendung in der landwirtschaftlichen Praxis gelingt, müssen sie in Form von Werkzeugen einfach und niedrigschwellig zur Verfügung stehen. Mit der pH-BB Toolbox wurde ein Werkszeug zur Verbesserung des Managements der Bodenacidität in Deutschland entwickelt. Der modulare Aufbau der Toolbox erlaubt Landwirt/-innen den einfachen und schnellen Einstieg in eine teilflächenspezifische Bewirtschaftung. Mit dem Bodenkartenmodul kann die Datenbasis für eine präzise und ressourcenschonende Landwirtschaft geschaffen werden. In diesem Kapitel werden die einzelnen Module der Toolbox kurz vorgestellt und beispielhaft erläutert.

Im zeitlichen Rahmen des pH-BB Projektes konnten keine generalisierbaren Schlussfolgerungen zum ökonomischen Effekt der Nutzung sensorbasierter Bodenkarten gezogen werden. Deshalb wurde unter Verwendung der Szenariotechnik untersucht, welchen Einfluss die exakte Lokalisierung von Bodentexturmustern auf die erzielten Erträge und den CaO-Bedarf besitzt und welcher monetäre Vorteil damit verbunden ist. Im Ergebnis konnte festgestellt werden, dass die Summe der in zwei Jahren durch die Nutzung sensorbasierter Bodenkarten zu erzielenden monetären Vorteile größer ist als die für die Kartengenerierung erforderlichen Kosten.

Die Basenbedarfsermittlung für das Management der Bodenacidität soll zwei Zielen dienen: