Modellgestützte N-Düngung von Winterweizen

Transkript

1 Modellgestützte -Düngung von Winterweizen -Möglichkeiten und Grenzen- Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung Christian-Albrechts-Universität zu Kiel A.M. Ratjen orddeutsches Marktfruchtforum Lübeck,

2 Projektpartner LWK iedersachsen L.B.E.G. (Landesamt f. Bergbau, Energie und Geologie) Bodenkunde Hannover Inst. für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung (CAU) I.S.I.P. e.v. (Informationssystem Integrierte Pflanzenproduktion)

3

4 Eingabegrößen Standortkoordinaten (Wetterstation) Bodentextur (0-30, 30-60, cm) Vorfrucht Ertragsniveau Aussaat (Datum, Stärke) Verwertungsrichtung (C-,B-,A-,E-Weizen) Preise für Weizen und Stickstoff Beregnung (max. Menge, Anzahl der Teilgaben) Grundwasseranschluss (Ja/ein)

5 Ausgabegrößen -Sollwert -Verteilung (3 Gaben) jahresspezifische Anpassung der -Düngung Abbildungen zu verschiedenen Simulationsgrößen

6 Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfsgerecht regional angepasst ökonomisch optimiert

7 Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfsgerecht -> -Bilanzüberhänge mindern regional angepasst ökonomisch optimiert

8 Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfsgerecht -> -Bilanzüberhänge mindern regional angepasst -> Versuchsdaten nutzen ökonomisch optimiert

9 Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfsgerecht -> -Bilanzüberhänge mindern regional angepasst -> Versuchsdaten nutzen ökonomisch optimiert -> Risiko-Aufschläge minieren

10 Bilanz im ISIP Modell Zielgröße 20 kg /ha Messwert fert crop res -Min crop = -Entzug des Bestandes res min eff - min = nicht verfügbare Menge im Boden = min zu Vegetationsbeginn Min eff = effektive Mineralisation fert = -Düngerbedarf S

11 Abschätzung des -Entzugs Kornertrag Rohprotein crop = straw + grain + root

12 Abschätzung des -Entzugs Beispiel A-Weizen

13 Modellkonzept Zielgröße 20 kg /ha Messwert fert crop res -Min eff - min S Wetterdaten HumeWheat (Pflanzen-Boden-Modell)

14 Strahlungsaufnahme C-Assimilation Aufgenommene Strahlung Entwicklungsrate Entwicklungsstadien HumeWheat (Pflanzen-Boden-Modell) Biomasse C-Verteilung C-Translokation Biomasse Organe Seneszenz Bestandesabfall Blattwachstum Blattfläche Transpiration Bodenwasser Wasseraufnahme Wurzelwachstum Wurzelsystem -Menge -Menge -Menge -Translokation -Verteilung Mob. -Pool -Aufnahme -Aufnahme Boden- -Auswaschung

15 Strahlungsaufnahme Wichtige Merkmale von HumeWheat: Aufgenommene Strahlung Prozessorientiert C-Assimilation (kein Regressionsmodell) Seneszenz Interaktion Biomasse Pflanzenbestand und Bestandesabfall C-Verteilung Transpiration Bodenwasser C-Translokation Blattwachstum Bodenwasser Biomasse Organe Blattfläche Änderungsraten werden in Tagesschritten Wasseraufnahme berechnet Wurzelwachstum -Menge -Menge -Menge -Translokation HumeWheat (Pflanzen-Boden-Modell) -Aufnahme Wurzelsystem -Verteilung Mob. -Pool -Aufnahme Boden- -Auswaschung

16 1:1 Plot ideale Abbildungsgüte (nicht zu erreichen)

17 Abbildungsgüte HumeWheat r 2 : 0.42 Abbildungsgüte (absolut)

18 Abbildungsgüte HumeWheat r 2 : 0.65 Abbildungsgüte (bias-korrigiert) Y Y sim sim Y obs

19 Ertragsschätzung zur 3. Gabe Beispiel: Königslutter 2008 Simulationsgröße: Sprosstrockenmasse Simulationszeitpunkt: 31.Mai (3. -Gabe)

20 Referenzjahre Zunächst werden Referenzjahre gerechnet mit historischer Witterung (oder geeignetes Referenzwetter)

21 Referenzjahre Referenzverlauf Das Mittel ergibt den Referenzverlauf

22 Referenzjahre Referenzverlauf Aktuelle Witterung (unvollständig) Ende der aktuellen Wetterdaten Ende Mai

23 Referenzjahre Referenzverlauf Szenarien Die aktuelle Witterung wird zur 3. -Gabe mit Referenz-Wetter extrapoliert

24 Referenzjahre Referenzverlauf Szenarien Erwartungsverlauf Das Mittel ergibt den Erwartungswert

25 Referenzjahre Referenzverlauf Szenarien Bewertung Y 2 Y 1 Durch Gegenüberstellung erfolgt die Bewertung. Der Quotient (Y 2 / Y 1 ) der Endwerte enthält die qualitative Information. Y2 / Y1 = 1.12 Es wird ein um 12% erhöhter Ertrag erwartet.

26 Erwartungswert im Zeitverlauf Aussaat

27 Erwartungswert im Zeitverlauf Aussaat abs. Fehler

28 Erwartungswert im Zeitverlauf BBCH 39 abs. Fehler (Reduktion 18%) 2007

29 Erwartungswert im Zeitverlauf BBCH 60 abs. Fehler (Reduktion 26%)

30 Modellkonzept Zielgröße 20 kg /ha Messwert fert crop res -Min eff - min S Anwender Y, RP crop Min eff! Schlagparameter! relativ Wetterdaten HumeWheat

31 Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfgerecht regional angepasst ökonomisch optimiert

32 Modellkonzept Zielgröße 20 kg /ha Messwert fert crop res -Min eff - min S Anwender Y, RP Schlagparameter crop! eff!! relativ Min Wetterdaten HumeWheat

33 -Steigerungsversuche Standorte VF: ZR, WW, Raps, Kartoffel n = 70 Apple i-photo-map

34 Abschätzung des -Entzugs Anpassung quadratischer Funktionen (-Response-Kurven) Ertrag Rohprotein y=a+bx+cx 2

35 -achlieferung bilanzieren konst. variabel Messwert Min eff crop res min fert -Responsekurven Ertrag, Protein

36 -achlieferung bilanzieren Poppenburg, VF: ZR, 2008 Min eff

37 opt schätzen Poppenburg, VF: ZR, 2008 y=a+bx+cx 2 Grenznutzen = Grenzkosten Weizenpreis (WP): 214 [ /t] -Preis (P): 1.1 [ /kg] (b 2cx) WP P x - b WP - P 2c WP x opt

38 -achlieferung bei opt Poppenburg, VF: ZR, 2008 Min eff = 114

39 -achlieferung bei opt Poppenburg, VF: ZR, 2009 Min eff = 28

40 -achlieferung bei opt Poppenburg, VF: Raps, 2007 Min eff = 143

41 Schätzung -achlieferung Einflussfaktoren: Vorfrucht (ZR, Raps, WW, sonstige) Bodenart Ertragsniveau Jahreswitterung

42 Abbildungsgüte Mineralisation Kein unabhängiger Datensatz!

43 Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfgerecht regional angepasst ökonomisch optimiert

44 Modellkonzept Zielgröße 20 kg /ha Messwert Anwender fert crop res VF, Bodenart, Y -Min eff - min S Y, RP crop Min eff Schlagparameter relativ Wetterdaten HumeWheat Versuchsdaten

45 Modellkonzept Zielgröße 20 kg /ha Messwert Anwender fert Y, RP crop crop res VF, Bodenart, Y -Min Min eff eff - min S Preis- Adjustierung Schlagparameter relativ Wetterdaten HumeWheat Versuchsdaten

46 Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfgerecht regional angepasst ökonomisch optimal (nicht gezeigt)

47 Düngevergleich Standorte: Höckelheim (n=12) Königslutter (n=14) Borwede (n=5) Hohenschulen (n=11) Holtorfsloh (n=3) Historische Witterungsdaten lagen vor Preis Level C-Weizen (default) B-Weizen (P>12 %) Preis-Kosten-Relation [kg/t] L L L

48 Düngevergleich Referenz: einheitlich ökon. optimiertes -Angebot (für jede Preisstufe separat optimiert)

49 Düngevergleich Referenz: einheitlich ökon. optimiertes -Angebot (für jede Preisstufe separat optimiert) Dünger- Modell minus Referenz Modell Referenz DB -Saldo kg/ha kg/ha /ha kg/ha Mittel über drei Preisszenarien (n=3x45) -Saldo = Differenz -Bilanzsaldo DB = Differenz direktkostenfreie Leistung

50 Fazit Durch den Bilanz-Ansatz lassen sich unterschiedliche Informationsquellen für die -Düngung sinnvoll verknüpfen. Hierbei können Pflanzen-Boden-Modelle genutzt werden um den Einfluss der Jahreswitterung zu bewerten. Die bilanzierende -Bedarfsermittlung kann ökonomisch optimiert werden. Gegenüber einer einheitlich optimierten -Düngung könnten im Mittel ca. 13 kg /ha eingespart werden.

51 Ausblick Deutschlandweite Parametrisierung Verbesserung der Benutzerschnittstelle Anbindung an Bodendatenbanken

52 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!