Berührungslose Erfassung von Biomassebildung und N-Status in Pflanzen

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1 Berührungslose Erfassung von Biomassebildung und N-Status in Pflanzen J. L i e b l e r und F.-X. M a i d l IKB Abschluss-Symposium Weihenstephan

2 Vortragsgliederung Einleitung Beschreibung der Reflexionsmesseung Versuchsanlage Ergebnisse: Charakterisierung des N-Status Störgrößen Zusammenfassung

3 Feldspektrometer im Einsatz

4 Feldmessungen

5 Spektrometersensorsystem Tec 5 Spekrale Kanäle Spekralbereich Spektrale Auflösung Integrationszeit 2-kanälig; Referenzkanal mit Cosinus- Streuscheibe; Meßkanal mit Öffnungswinkel nm 1050 nm 3,2 nm 4 ms 6 s (wählbar in festen Stufen)

6 0,6 Reflexionsgrad 0,4 0,2 REIP 0 N 20 N 40 N 60 N Wellenlänge [nm] Reflexionsspektren von Winterweizen Sorte Aristos (EC39, )

7 Vegetationsindices Vegetationsindex Berechnung Beziehung zu IR/R (ratio infrared/red) IR/G (ratio infrared/green) NDVI (normalized diff. veg. ind.) SAVI (soil adjusted veg. ind.) REIP (red edge inflection point) 800/ /550 ( )/( ) (1+B)( ) /( B) (( )/2-700)/( ) Biomasse Chl.-/N-Gehalt Biomasse Biomasse Chl.-/N-Gehalt; BFI

8 Sortenversuch Winterweizen Dürnast Sorten: Sorte Eigenschaft Qualität Cortez hellgrün C-Weizen Flair blaugrün B-Weizen Orestis grün B-Weizen Pegassos planophil A-Weizen Xanthos erektophil A-Weizen N-Stufen: Variante VB EC32 EC49 Düngermenge N N N N

9 Cortez

10 Xanthos

11 Pegassos

12 Xanthos Pegassos

13 Bestimmtheitsmaß [r²] zwischen Vegetationsindizes und dem N-Aufnahme in Abhängigkeit vom Meßtermin, Weizen (Dürnast, Mittel über alle Sorten und N-Stufen) [r²] 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 HWP NDVI IRR IRG IRI 1 IRI 2 SAVI EC 30 EC 32 EC 37 EC 49 EC 65 Vegetationsstadien 2002

14 0,6 Reflexionsgrad 0,4 0,2 REIP 0 N 20 N 40 N 60 N Wellenlänge [nm] Reflexionsspektren von Winterweizen Sorte Aristos (EC39, )

15 REIP [nm] REIP im Vegetationsverlauf von Winterweizen Düngung VB/EC30 0 / 0 0 / / 0 20 / / 0 40 / / 0 60 /

16 Reflexionssignatur einer mit 240 kg N/ha versorgten Weizenparzelle in Abhängigkeit vom Sonnenstand Reflexionsgrad (%) 0,4 0,3 0,2 0,1 tiefstehende Sonne hochstehende Sonne Wellenlänge (nm)

17 Reflexionssignatur einer ungedüngten Weizenparzelle in Abhängigkeit vom Sonnenstand Reflexionsgrad (%) 0,4 0,3 0,2 0,1 tiefstehende Sonne hochstehende Sonne Wellenlänge (nm)

18 Werte ausgewählter Vegetationsindices in Abhängigkeit vom Aufnahmezeitpunkt (Mittel über Versuchsfaktoren 'Sorte', 'N-Düngung', 'EC-Stadium') Vegetationsindex Tageszeit REIP NDVI RVI IRI morgens 725,5 b 0,914 b 28,9 b 1,45 b mittags 725,2 a 0,858 a 20,7 a 1,41 a abends 725,9 c 0,920 b 31,2 c 1,45 b

19 Relative Werte ausgewählter Vegetationsindices in Abhängigkeit vom Aufnahmezeitpunkt (Mittel über Versuchsfaktoren 'Sorte', 'N-Düngung', 'EC-Stadium') Vegetationsindex Tageszeit REIP NDVI RVI IRI morgens 99,9 98,4 92,6 96,3 mittags 99,9 92,4 66,3 97,2 abends

20 Werte ausgewählter Vegetationsindices in Abhängigkeit von der N-Düngermenge (Mittel über Versuchsfaktoren 'Sorte', 'EC-Stadium', 'Aufnahmezeitpunkt') Vegetationsindex N-Menge REIP NDVI RVI IRI 0 kg N ha ,2 a 0,804 a 13,2 a 1,27 a 100 kg N ha ,1 b 0,921 b 27,0 b 1,44 b 160 kg N ha ,6 c 0,940 c 34,3 c 1,52 c 220 kg N ha ,3 d 0,940 c 34,5 c 1,53 d

21 Bestimmtheitsmaße der linearen Regression zwischen REIP und N-Aufnahme von Winterweizen Sorte EC30 EC32 EC39 EC49 EC65 Cortez 0,79 0,78 0,83 0,84 0,90 Flair 0,64 0,69 0,79 0,57 0,83 Orestis 0,62 0,63 0,65 0,68 0,66 Pegassos 0,55 0,59 0,87 0,80 0,90 Xanthos 0,77 0,82 0,88 0,75 0,85 Mittelwert 0,67 0,70 0,80 0,73 0,83 Alle 0,61 0,62 0,74 0,73 0,79

22 Entwicklung der N-Aufnahme von Pegassos und Xanthos (220 kg N ha -1 ; Ø 4 Wiederh) Pegassos Xanthos N Uptake [kg ha -1 ] EC 30 EC 32 EC 39 EC 49 EC 65 EC 92 Developmental stages

23 Entwicklung des REIP von Pegassos und Xanthos (220 kg N ha -1 ; Ø 4 Wiederh) Pegassos Xanthos REIP [nm] EC 30 EC 32 EC 39 EC 49 EC Date

24 F-Werte und Signifikanz-Niveaus für die Versuchsfaktoren für ausgewählte Vegetationsindices (*: P<0,05; **: P<0,01; ***: P<0.001) Vegetationsindex Faktor REIP NDVI RVI IRI N-Stufe 1903*** 441*** 508*** 1281*** EC-Stadium 175*** 94** 77*** 70*** Sorte 104*** 4** 38*** 70*** Tageszeit 16*** 154*** 193*** 48*** N-Stufe x Tageszeit 1 n.s. 43*** 6*** 2 n.s. Sorte x Tageszeit <1 n.s. 1 n.s. 7*** <1 n.s.

25 Spectral Reflectance, July 24 th 2001 Variety Magister, four different Nitrogen Levels 0,6 0 kg N ha kg N ha -1 Reflection Factor 0,4 0,2 120 kg N ha kg N ha -1 Red Edge Inflection Point Wavelength [nm]

26 Regression of REIP and Nitrogen Fertilisation Coefficient of Determination Growth Stage Variety 2 Leaf St. 4 Leaf St. 8 leaf St. Flowering Stigmata Dry Attribut Banguy Magister Major Pooled Across

27 / 0/ 0/ 0 40/ 80/ 0/ 0 0/120/ 0/ 0 70/ 0/ 0/ 50 0/ 70/ 50/ 0 0/ 0/120/ 0 Kornertrag [dt/ha bei 86% TS]. Trockenkolbenanteil. Kornertrag Trockenkolbenanteil 72% 68% 64% 60% 56% 120 stabilisiert zur Saat Stickstoffdüngung [kg ha -1 ] (zur Saat / 5cm / 50 cm / Rispenschieben) Mais Kornertrag und Trockenkolbenanteil in Abhängigkeit vom Stickstoffdünge-Termin (Gesamt-N-Menge 120 kg N ha -1 )

28 Concept for a sensor-controlled Nitrogen Supplement Supplementary N-Fertilisation [kg N ha -1 ] High Yielding Area Low Yielding Area Nitrogen Uptake at 8 Leaf Stage [kg N ha -1 ]

29 Zusammenfassung Reflexionsmessungen ermöglichen die berührungslose Charakterisierung des N-Status. Der REIP erwies sich als der geeignetste Vegetationsindex, insbesondere bei starker Düngung. Pflanzenbestände mit geringem Bodendeckungsgrad lassen sich schlechter abbilden. Unterschiede zwischen den Sorten sind gering. Auch Mais scheint für eine teilflächenspez. N- Düngung geeignet.

30 Der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die finanzielle Förderung allen Mitbeitern für die Tatkraft und Ihnen für die Aufmerksamkeit

31 Ende