Grundlage für landwirtschaftliche

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1 Sensortechnik Ein Auge auf Boden und Bestand So wie das EKG in der Medizin sind Online-Sensoren zunehmend ein wichtiges Werkzeug des modernen Landwirts beim Pflanzenbau. In beiden Fällen liefern die Messfühler jedoch nur Informationen. Für den Erfolg bedarf es ihrer Interpretation mit Fachwissen und Know-how. Präzisionslandwirtschaft braucht genaue Daten. Aber nicht irgendwann und irgendwo. Sie sollen möglichst positionsgenau und zu dem Zeitpunkt vorliegen, an dem sie benötigt werden bei der Feldarbeit. Zum einen geht es dabei um Prozessdaten wie Motorleistung, Dieselverbrauch oder Erntemenge. Handlungsoptionen eröffnen sich beim Pflanzenbau aber vor allem aus dem Wissen über Bodenmerkmale und den aktuellen Zustand der Kultur an der jeweiligen Position. Technisch ließe sich diese Aufgabe aus der Grundlage für landwirtschaftliche Maßnahmen ist der Ackerboden. Sichtbar ist davon nur die Oberfläche. Für eine effiziente Bewirtschaftung benötigt der Pflanzenbauer jedoch Einsichten in den gesamten durchwurzelten Bodenraum, der sich bei einigen Kulturpflanzen bis in zwei Meter Tiefe und mehr erstrecken kann. Soll die Düngung, Beregnung, Aussaatdichte oder Bearbeitungstiefe teilflächenspezifisch erfolgen, müssen die Bodenmerkmale auch in ihrer Variabilität innerhalb des einzelnen Schlages bekannt sein. Mobile Bodensensoren liefern dafür Informationen kostengünstig, in Echtzeit und räumlich um ein Vielfaches höher aufgelöst, als dies mit der herkömmlichen Beprobung mittels Bohrstock möglich ist. Häufig angewendete und bewährte Messverfahren der Sonden sind Geoelektrik, Gamma-Spek- Präziser Blick in den Boden Der Bodenscanner EM 38 vom kanadischen Hersteller Geonics arbeitet nach dem Induktionsprinzip und wird auf einem Schlitten über den Acker gezogen. Luft lösen, etwa durch begleitende unbemannte Erkundungshelikopter, wie sie in der Forschung zum Einsatz kommen. Denkbar ist auch ein Netzwerk von Sensoren, stationär am Feldrand aufgestellt und im Boden vergraben. Beide Varianten wären schon wegen der hohen Anforderungen an die Datenübertragung sehr teuer und fänden wohl aus praktischen Erwägungen keine Akzeptanz. Nahe liegend sind da Online-Sensoren, die am Gerät oder Traktor montiert in Echtzeit Parameter an einen Computer on bord übermitteln, der daraus dann die Ansteuerung von Düngerstreuer, Spritze und Co. errechnet. Tatsächlich sind sich Fachleute einig, dass den Online-Sensorsystemen zumindest auf absehbare Zeit die Zukunft in der Landwirtschaft gehört. Ihr Siegeszug in Europa begann um die Jahrtausendwende mit dem Stickstoffsensor des norwegischen Düngemittelherstellers Yara (damals noch Hydro Agri). Ursprünglich soll das in Zusammenarbeit mit der Universität Kiel entwickelte opto-elektronische Messgerät als Zugabe bei mehrjähriger Stickstoffabnahme gedacht gewesen sein. Die Agritechnica 2009 brachte dann den Stein endgültig ins Rollen. Precision agriculture und die Entwicklung von Sensoren samt intelligenter Softwareapplikationen gehören zusammen. Da wird in den nächsten Jahren noch viel Spannendes passieren, ist Dr. Robin Gebbers vom Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim (ATB) überzeugt. An der wissenschaftlichen Einrichtung wird seit vielen Jahren in diesem Bereich geforscht. Dr. Robin Gebbers, ATB, blickt in die Tiefe. trometrie und die ionenselektiven Elektroden, wie sie aus dem Bodenlabor bekannt sind, erläutert Gebbers. Das universelle Supergerät gebe es noch nicht. Jedes Verfahren habe seine Stärken und Schwächen. Messgrößen bei den geoelektrischen Verfahren sind der elektrische Widerstand oder die Leitfähigkeit. Entsprechend interpretiert geben sie Auskunft über Wassergehalt und Korngrößenzusammensetzung, aber auch über Lagerungsdichte, Salzgehalt und Temperatur. Bei der Gamma- Spektroskopie werden aus der natürlichen schwachen Strahlung der in jedem Boden vorhandenen Nuklide (Uran-238, Kalium-40, Thorium-232) Rückschlüsse über Tongehalt, ph-wert und Nährstoffanreicherung gezogen. Die Messung mit ionenselektiven Elektroden liefert in Sekundenschnelle besonders exakte Daten zum ph-wert des Bodens. Die Unterschiede beim ph-wert sind schon erstaunlich. Auf unserem kleinen Versuchsfeld in der Nähe des Institutes schwankte er immerhin zwischen 5 und 7, berichtet der Wissenschaftler über Testfahrten mit einem solchen Messgerät. Mobile Bodensensoren zur Steuerung der Düngemittelapplikation in Echtzeit (online) werden bisher nur von der amerikanischen Firma Crop Technology produziert. Die Relevanz der mit dem angebotenen Soil Doctor system ermittelten Aussagen über die Bodenbeschaffenheit ist unter Fachleuten jedoch umstritten. Dagegen ist der Markt an Offline Systemen größer, wenn auch noch überschaubar. Offline Systeme werden nicht zur unmittelbaren Steuerung der Applikationsmengen genutzt, stattdessen werden Fotos: ATB Potsdam Dr. Gebbers, Geophilus GbR 16 eilbote

2 Der rollende Bodensensor Geophilus bei der Messfahrt auf einer Ackerfläche. Wertmessung zieht das Gerät einen durchbohrten Metallkonus durch die Erde. So lagert sich in einer Schale dahinter ein Bodenstrang ab. Die Schale wird periodisch angehoben und dabei die Probe für die Messung an die Elektroden gedrückt. Alternativ lässt sich in die mobile Multisensor-Plattform ein Spektrometer oder ein einfacherer optischer Sensor einbauen. Aus der optisch erfassten Reflektionsintensität bestimmter Aus den Messergebnissen des Geophilus lassen sich hoch aufgelöste dreidimensionale Bodenkarten erstellen. Die verschiedenen Bodenmerkmale werden farbig dargestellt. Die rollenden Elektroden des Bodensensors Geophilus ermöglichen eine kontinuierliche Messung der Bodenleitfähigkeit in unterschiedlicher Tiefe. Die elektrische Leitfähigkeit erlaubt Rückschlüsse auf Wassergehalt, Korngrößenzusammensetzung und Lagerungsdichte sowie Salzgehalt und Temperatur des Bodens. die Daten erst gesammelt um daraus in einem zweiten Schritt Applikationskarten zu erstellen. Erst im dritten Schritt erfolgt die differenzierte Ausbringung anhand der Applikationskarten. Die zeitliche Trennung zwischen Messung und Applikation hat den Vorteil, dass man die Daten auf Fehler prüfen und die Sensoren anhand von zusätzlichen Bodenproben kalibrieren kann. Das in den USA ansässige Unternehmen Veris technologies hat das vielfältigste Angebot an solchen Systemen. Es bietet eine modulare Plattform an, mit der bei der Fahrt übers Feld gleichzeitig zwei Bodenmessverfahren durchgeführt werden können. Dabei erfolgt die Leitfähigkeitsmesssung über sechs in den Boden schneidende Metallscheiben. Für die ph- Wellenlängen lässt sich unter anderem der Humusgehalt abschätzen. Relativ verbreitet ist in Deutschland das EM 38 vom kanadischen Hersteller Geonics. Es arbeitet nach dem Indukti- Fortsetzung Seite 18 UMRÜSTSATZ VON ALTEK: Moderne Motorventile für Ihre Pflanzenschutzspritze! Das Unternehmen Veris technologies bietet eine modulare Plattform an, mit der bei der Fahrt übers Feld gleichzeitig mehrere Bodenmessverfahren durchgeführt werden können. Rüsten Sie die Ventilarmaturen Ihrer Anhänge- oder Anbauspritze von Magnetventilen auf zeitgemäße Motorventile um: Modular-Fit Ventile von altek für 5, 7 oder 9 Teilbreiten. Beispielsweise kompatibel beim Modell Rau D2 oder älteren Modellen der Amazone UF. Nähere Informationen finden Sie unter Made in Germany Boschstraße Rottenburg-Hailfingen Germany Tel. +49 (0) Fax +49 (0) info@altek-gmbh.de...wir regeln das! eilbote 17

3 Fortsetzung von Seite 17 Sensor) mit Erkenntnissen anderer, oft längerfristig gültiger Beobachtungen kombinieren. Allein aus den Sensordaten kann das System schließlich nicht erkennen, ob der Minderwuchs in einem Abschnitt auf Stickstoffmangel, Trockenstress oder eine Bodenanomalie zurückzuführen ist, erläutert dazu Robin Gebbers. Die Verknüpfung von Onlinemessung und Karte verhindere, dass etwa eine Teilfläche mit geringer Ertragserwartung unnötig viel Dünger erhält und umgekehrt. Für die Reflexionsmessung nutzt nur der Yara N-Sensor ausschließlich das Sonnenlicht, wenn die neue, weiterentwickelte Variante II (statt blau jetzt im grauen Design) in dieser Hinonsprinzip und wird auf einem Schlitten über den Acker gezogen. Der bislang modernste Bodensensor kommt aus Deutschland. Der von Wissenschaftlern der Universität Potsdam und des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) in Zusammenarbeit mit Delphin Technology entwickelte Geophilus electricus untersucht die elektrische Leitfähigkeit. Zwölf paarweise angeordnete, gegeneinander elektrisch isolierte Metallscheiben werden dabei als rollende Elektroden genutzt. Ein Paar dient zur Einspeisung des elektrischen Stromes in den Boden. Die anderen fünf Paare messen die elektrische Spannung in unterschiedlichen Bodenschichten. Je weiter der Abstand zwischen den Einspeise- und den Potentialelektroden ist, desto tiefer kann während der Messfahrt kontinuierlich in den Boden geblickt werden. Aus den gemessenen Werten lassen sich hoch aufgelöste dreidimensionale Bodenkarten erstellen. Dafür haben wir die Firma Geophilus gegründet, die diesen Service anbieten wird, kündigt Mitentwickler Dr. Jörg Rühlmann vom IGZ an. Für die Zukunft sind weitere interessante Entwicklungen bei den Bodensensoren zu erwarten. So forschen Wissenschaftler am ATB an ionenselektiven Elektroden, die nicht nur den ph-wert anzeigen sondern auch Nitrat, Kalium und Phosphat. Der ph-manager von Veris ermöglicht eine ph-wert- Messung des Bodens. Dafür durchläuft ein Metallkonus (im Bild unten) den Boden. Auf der Schale dahinter sammelt sich die Bodenprobe, die periodisch angehoben und mit den darüber liegenden Elektroden gemessen wird. Biomasse und N-Aufnahme beleuchten Ungleich umfangreicher ist inzwischen das Angebot an Pflanzensensoren für den Echtzeit-Betrieb. Die meisten Systeme arbeiten mit opto-elektronischen Verfahren. Dabei messen Detektoren die Lichtreflexion von den grünen Pflanzen. Die Intensität besonders im roten und nahinfraroten Wellenlängenbereich ermöglicht Schlussfolgerungen über die Biomasse und die Stickstoffversorgung der Kulturen im jeweiligen Feldabschnitt. Ein aus diesen Daten berechneten Vegetationsindex dient dann zur unmittelbaren Steuerung der Ausbringmenge von Dünger und neuerdings zum Beispiel mit der von pro Plant und Agri Con entwickelten Softwaremodifikation auch von Wachstumsreglern und Fungiziden. Neben der ausschließlichen Online-Steuerung per Sensor ist es auch möglich, die Sensor-Messwerte mit den Daten einer zuvor erstellten Karte, z.b. aus Boden-Untersuchungen oder Ertragsmessungen, zu verknüpfen. Dieses Map-Overlay-Verfahren kann die aktuelle Zustandsbeschreibung (vom Der N-Sensor ALS von Yara beleuchtet den Bestand mit einer Xenon-Blitzlampe und kann daher auch nachts arbeiten. Die Montage der Sensoren auf dem Schlepperdach oder als Frontanbau hat Einfluss auf das Messfeld. Das muss die Software bei der Dateninterpretation berücksichtigen. Fotos: ATB Potsdam Dr. Gebbers, Werkfotos 18 eilbote

4 Das optische Sensorsystem Isaria von Fritzmeier. Das am ATB Potsdam entwickelte CROP-Meter ermittelt über den Biegewiderstand der Pflanzenhalme die Biomasse des Bestandes. Der Sensor CropSpec von Topcon arbeitet auf dem Schlepperdach mit einem pulsierenden Laser, der das Chlorophyll der Pflanzen zum Leuchten anregt. sicht auch sehr genügsam sein soll. Alle anderen angebotenen Systeme, einschließlich Yara N- Sensor ALS, verfügen über eigene Lichtquellen und können somit auch nachts den Bestand checken. Der MiniVeg N-Sensor vom deutschen Hersteller Fritzmeier bringt mit einem gepulsten Laserstrahl das Chlorophyll in der Pflanze zum Leuchten und misst so die Konzentration des für die Vitalität entscheidenden Blattgrüns. Ebenfalls mit einem Laser arbeitet der auf dem Schlepperdach zu montierende CropSpec von der japanischen Firma Topcon. In Deutschland wird der Crop Spec momentan jedoch nicht angeboten. Weitere optische Sensorensysteme am Markt sind der Isaria von Fritzmeier (bei Claas in der Isobus-Version unter dem Namen Crop Sensor), der OptRx von Holland Scientific und der GreenSeekers des kalifornischen Herstellers NTech Industries. Fotoshooting im Rübenfeld Was die nähere Zukunft in Sachen Sensor bringen könnte, darüber informierte kürzlich Peer Leithold, Geschäftsführer der Agricon GmbH auf Fachtagungen in Börtewitz und Potsdam. So stehe der P3-Sensor (Precision Plant Protection) vor der Markteinführung. Das am Spritzgestänge nachrüstbare System arbeitet nicht mit Licht sondern mit Ultraschall. Die ausgesendeten Schallimpulse werden von den Pflanzenteilen und vom Boden reflektiert und von einem Sensor empfangen. Dabei entsteht bei der Visualisierung eine charakteristische Zick-Zack-Linie, aus der das System die absolute Biomasse in Kilogramm pro Hektar ermittelt und entsprechend die Spritzmenge steuert, so Leithold. Gedacht sei der P3-Sensor zunächst für Fungizide und Wachstumsregler im Getreide. Mit einem Preis um die Euro für 4 Sensoren samt Software offeriert Agri Con den neuen Ultraschall-Sensor als preiswerten Einstieg ins Precision Farming. Noch als Prototyp betrachtet das Unternehmen dagegen der H-Sensor. Das H steht für Herbizide, denn der Sensor soll vor allem in Reihenkulturen wie Mais oder Rüben Unkräuter erkennen und entsprechende Spritzempfehlungen ausgeben. Dazu knipsen Der Sensorkopf des Ultraschall-Messgerätes P3. Dass es auch viel einfacher geht, beweist das am ATB Potsdam entwickelte und einige Zeit über Claas Agrosystems vertriebene Crop-Meter. Hier wird ein pendelnd aufgehängter Messkörper durch den Bestand geführt. Durch die Auslenkung wird über den Biegewiderstand der Pflanzenhalme die Biomasse des Bestandes ermittelt. Sicher hat das Gerät auch seine Schwächen, aber es liefert durchaus akzeptable Ergebnisse und notfalls kann es der Landwirt selbst reparieren, erinnert Gebbers an den einzigen mechanischen Vertreter unter den Pflanzensensoren. Der P3-Sensor am Spritzgestänge misst im Getreide die Biomasse mit Ultraschall. Fortsetzung Seite eilbote 19

5 Der Kamerakopf des H-Sensors von Agri Con. Das System liefert Informationen für die optimale Ausbringmenge von Herbiziden. Fortsetzung von Seite 19 Spezialkameras mit jeweils einem Kanal im roten- und infraroten Lichtbereich Bildserien vom Feldaufgang. Die abgespeicherten Schnappschüsse ermöglichen es der Bildverarbeitungssoftware, blitzschnell zwischen Kulturpflanzen und Unkräutern zu differenzieren. Hier ist zwar Kamerasensoren können aus dem aufgenommenen Zwei-Kanal-Differenzbild (links) nach der Bildverarbeitung (rechts) schon recht gut zwischen verschiedenen Pflanzen unterscheiden, hier Ausfallgetreide (grün) im Raps (orange). noch einige Entwicklungsarbeit nötig, aber das lohnt sich, zeigt sich der Agri Con-Chef zuversichtlich. Unkräuter seien oft extrem ungleichmäßig verteilt. Tests hätten ergeben, dass Herbizideinsparungen von 35 % möglich sind, was in diesem Fall eine Kostenersparnis von 28 Euro/ha brachte. Bereits länger forscht Dr. Karl-Heinz Dammer am ATB an einer solchen Unkrautkamera. Dammer konnte nach Sensationen nicht in Sicht eigenen Angaben in Versuchen unter Praxisbedingungen durchschnittlich 20 % an Herbiziden einsparen ohne dass es zu Ertragseinbußen kam. Das System soll daher bald in den Markt eingeführt werden. Seit dem Sensor-Schub auf der Agritechnica 2009 ist einige Zeit vergangen. Sind auf der diesjährigen Landtechnikschau also nun wieder neue Sensor-Sensationen zu erwarten? Einer der hier den Einblick hat, ist Dr. Detlef Ehlert vom ATB Potsdam. Er forscht seit zwei Jahrzehnten an Sensoren für die Landwirtschaft und ist Vorsitzender der KTBL-Arbeitsgruppe Precision Farming. Die Sensortechnik in der Landwirtschaft ist sicher noch für manche Überraschung gut, zumal das Angebot an preiswerten Messfühlern immer breiter wird. Ich denke da zum Beispiel an Laser-Scanner, wie sie für die Unterstützung von Autofahrern entwickelt wurden. Aber perfekte Superlösungen, die dieses Jahr in Hannover für Furore sorgen könnten, sind eher nicht zu erwarten, vermutet der Wissenschaftler. Jetzt ständen erst mal die Marktdurchdringung und die Verbesserung der Kompatibilität der verschiedenen Systeme im Vordergrund. Von Plug & Play sind wir trotz ISOBUS teilweise noch weit Messen Rechnen Regeln. Das sind die Jobs eines Sensorsystems im Pflanzenbau. 20 eilbote Dr. Detlef Ehlert: Die Sensortechnik in der Landwirtschaft ist noch für manche Überraschung gut. entfernt und wir müssen aufpassen, dass die technische Revolution auf dem Acker nicht ohne die Landwirte stattfindet, gibt der Experte zu Bedenken. Sein Tipp: Landwirte sollten die Entwicklung aufmerksam verfolgen, auch mal was probieren, damit sie am Ball bleiben und Erfahrungen sammeln. Ebenso wichtig sei es jedoch, zunächst alle anderen Reserven für die Optimierung zu erschließen. Ehlert: Eine schlechte Betriebsführung kann auch das beste Sensorsystem nicht kompensieren. Wolfgang Rudolph Fotos: Werkfotos, Dr. Ehlert

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