Teil 2: Verbesserung der N-Effizienz durch sensorgestützte Düngung

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1 Minderung von Nitratausträgen in Trinkwassereinzugsgebieten durch optimiertes Stickstoffmanagement Teil 2: Verbesserung der N-Effizienz durch sensorgestützte Düngung Hans-Eisenmann-Akademie, Maidl, Prücklmaier, Spicker, Murr, Hülsbergen 1

2 Gliederung Einleitung Hypothesen Reflexionsmessungen Grundlagen Modell der sensorgesteuerten N-Düngung Testung des Verfahrens der teilflächenspezifischen N-Düngung Ergebnisse aus dem Trinkwassereinzugsgebiet Hohenthann-Pfeffenhausen Prüfung der Soll-Aufnahmewerte Vergleich Düngung nach Bodenuntersuchung Sensordüngung Nährstoffscans landwirtschaftlicher Flächen Zusammenfassung 2

3 Hypothesen I Heterogene Flächen bedingen eine Variabilität der Erträge und des Nährstoffbedarfs; Flächeneinheitliche Düngung führt auf heterogenen Flächen zu mehr oder minder großen N-Über- oder N-Unterbilanzen auf Teilflächen Unkenntnis der Nährstoffverfügbarkeit aus organischen Düngern erschwert Abschätzung des Mineraldüngerbedarfs Nährstoffgehalte in der Gülle unterliegen Schwankungen In Abhängigkeit der aktuellen Witterung unterschiedliche Verluste bei der Ausbringung In Abhängigkeit der Jahreswitterung unterschiedliche Nährstofffreisetzung aus dem Boden 3

4 Hypothesen II Die Bestimmung der Nährstoffaufnahme der Pflanzen erlaubt die Abschätzung der tatsächlichen Nährstoffverfügbarkeit aus organischen Düngern. erlaubt die Abschätzung eines evtl. zusätzlichen Bedarfs an Mineraldünger. lässt eine evtl. Überdüngung erkennen. Berührungslos arbeitende Reflexionssensoren ermöglichen eine schnelle Bestimmung des Nährstoffstatus der Pflanzen 4

5 Reflexionsmessungen - Grundlagen Feldspektrometer im Einsatz 5

6 Reflexionsmessungen Reflexionskurven von Winterweizen unterschiedlicher Stickstoffdüngung Reflexionsgrad 0,6 0,5 0,4 Stickstoffdüngung [kg/ha] 0 N 0,3 30 N 0,2 40 N 0,1 60 N 0 90 N Wellenlänge [nm] 6

7 Reflexionsmessungen Vegetationsindices Vegetationsindex Berechnung Beziehung zu IR / R ratio infrared/red 780/670 Biomasse IR / I1 ratio infrared/infrared 740/730 Biomasse IR / I2 ratio infrared/infrared 740/720 Biomasse IR / G infrared/green 780/550 N-Gehalt NDVI normalized diff. veg. index ( )/( ) Biomasse SAVI soil adjusted veg. index (1+B)( )/ B) Biomasse REIP red edge inflection point (( )/2-700)/( ) N-Gehalt, LAI 7

8 Reflexionsmessungen Sensorsysteme verschiedener Hersteller Yara ALS Greenseeker Multispektralsensor TUM 2014 Isaria 8

9 Reflexionsmessungen Anforderungen an Vegetationsindices Abbildung der Meßgröße (N-Aufnahme) Sortenunabhängigkeit Stabil geg. Umwelteffekten (Strahlung.. Großer Messbereich (Sättigung) 9

10 Reflexionsmessungen Sättigungseffekte von Vegetationsindices am Beispiel Winterraps 10

11 Modell der sensorgesteuerte N-Düngung Verfahren der sensorgestützten Teilschlagdüngung Online Steuerung der Düngung anhand der aktuellen Pflanzenentwicklung Online mit Map-Overlay Kombination von historischen Schlaginformationen (Boden- oder Ertragskarten) mit aktuellen Pflanzenentwicklungsdaten 11

12 Modell der sensorgesteuerte N-Düngung Düngerbemessung bei Online Agronomische Kalibrierung Stickstoffaufnahme Untere Regelgrenze Nährstoff-Sollwert Obere Regelgrenze Düngermenge 12

13 Modell der sensorgesteuerten N-Düngung Düngerbemessung bei Online mit Map-Overlay Stickstoffaufnahme N-Aufnahmesoll nach Ertragspotential Hohes Ertragspotential Mittleres Ertragspotential Niedriges Ertragspotential vom Sensor vom Sensor vom Sensor aus Karte aus Karte aus Karte Düngermenge 13

14 N-Aufnahme [kg/ha] Modell der sensorgesteuerten N-Düngung Optimale N-Aufnahmekurven für Brotweizen TUM 60dt 80dt 100dt VB EC30 EC32 EC49 EC92 14

15 N-Aufnahme [kg/ha] Modell der sensorgesteuerten N-Düngung Ermittlung der Düngermenge im Modell TUM N-Düngung 80dt N-Düngung = VB EC30 EC32 EC49 EC92 (Zielwert zum Düngetermin aktuelle N-Aufnahme + N-Aufnahme bis zur nächsten Düngung) * DIMA 15

16 Testung des Verfahrens der teilflächenspezifischen N-Düngung Streifenversuche zur Testung des Düngesystems 16

17 Testung des Verfahren der teilflächenspez. N-Düngung Ergebnisse von Streifenversuchen zu Wintergerste (Roggenstein 2013, keine org. Düngung) [dt/ha] 77 [a] kg N/ha 70 kg N/ha 76 [a] [a] [a] [b] einheitlich TUM-System einheitlich TUM-System einheitlich Kornertrag N-Düngermenge N-Saldo 30 [b] TUM-System *einheitlich, N-Menge nach Bodenuntersuchung 17

18 Versuche im Trinkwassereinzugsgebiet Hohenthann, Pfeffenhausen 1. Einteilung der Felder in Ertragszonen durch Bodenschätzungskarten 2. Anlage von Exaktdüngeversuchen in Hoch- bzw. Niedrigertragszonen vierfache Wiederholung 3. Anlegen von Messparzellen nach Bodenschätzungskarte fünffache Wiederholung 4. Sensorfahrten auf ganzen Schlägen Messparzellen und Schläge: - keine unterschiedliche Düngung - freie Düngeentscheidung des Landwirts 18

19 Prüfung der Soll-N-Aufnahmemengen Wirkung differenzierter N-Düngung auf die Ertragsbildung von Winterweizen (Standort mit hoher organischer Düngung, ohne Herbstgülle) Landwirt Gesamt-N 255 Düngemenge 19

20 Prüfung der Soll-N-Aufnahmemengen Wirkung differenzierter N-Düngung auf die N-Aufnahme von Winterweizen (Standort mit hoher organischer Düngung, ohne Herbstgülle) Gesamt-N 255 Düngemengen kgn/ha 20

21 Prüfung der Soll-N-Aufnahmemengen Wirkung differenzierter N-Düngung von Winterweizen auf den N-Saldo (Standort mit hoher organischer Düngung, ohne Herbstgülle) Gesamt-N 255 Düngemengen kgn/ha 21

22 Vergleich der tatsächlichen N-Aufnahme von Wi-Weizen mit Sollwerten des TUM-Modells: Schlag 1 Hochertrag EC 30 EC 32 EC 49 EC 65 22

23 Prüfung der Soll-N-Aufnahmemengen Wirkung differenzierter N-Düngung auf die Ertragsbildung von Weizen Standort mit hoher Gülledüngung im Herbst Gesamt-N 343 Düngemengen kgn/ha 23

24 Prüfung der Soll-N-Aufnahmemengen Wirkung differenzierter N-Düngung von Winterweizen auf den N-Saldo (Standort mit hoher organischer Düngung, mit Herbstgülle) Gesamt-N 343 Düngemengen kgn/ha 24

25 Vergleich der tatsächlichen N-Aufnahme von Wi-Weizen mit Sollwerten des TUM-Modells: Schlag 2 Hochertrag EC 30 EC 32 EC 49 EC 65 25

26 Vgl. Düngung nach Bodenuntersuchung - Sensordüngung Winterweizenerträge bei Düngung nach Bodenuntersuchung mit Sensordüngung auf Standorten mit und ohne organischer Düngung 26

27 Vgl. Düngung nach Bodenuntersuchung - Sensordüngung N-Düngermengen zu Winterweizen nach Bodenuntersuchung und nach Sensor auf Standorten mit und ohne organischer Düngung 27

28 Vgl. Düngung nach Bodenuntersuchung - Sensordüngung N-Salden nach Winterweizen nach Bodenuntersuchung und nach Sensor auf Standorten mit und ohne organischer Düngung 28

29 Sensorscans landwirtsch. Flächen Sensormessung Traktor Gerste EC 32, Standort hohe N-Nachlieferung Düngung Landwirt: VB-Gülle: 14m³/ha VB-Mineralisch: 65 kg N/ha (ASS) EC32: 60 kg N/ha (Alzon) N-Bedarf nach Sensormessung: Roter Bereich: Überversorgt (0-35 kg N/ha) Gelber Bereich: Düngung (15 40 kg N/ha) Grüner Bereich: Düngung (40 80 kg N/ha) 29

30 Sensorscans landwirtsch. Flächen Sensormessung Traktor Gerste EC 39, Standort hohe N-Nachlieferung Düngung Landwirt: VB-Gülle: 14m³/ha VB-Mineralisch: 65 kg N/ha (ASS) EC32: 60 kg N/ha (Alzon) Sensormessung: Roter Bereich: Überversorgt (0-50 kg N/ha) Gelber Bereich: Düngung (0 40 kg N/ha) Grüner Bereich: Düngung (40 80 kg N/ha) 30

31 Sensorscans landwirtsch. Flächen Sensormessung Traktor Gerste EC 65, Standort hohe N-Nachlieferung Düngung Landwirt: VB-Gülle: 14m³/ha VB-Mineralisch: 65 kg N/ha (ASS) EC32: 60 kg N/ha (Alzon) Ertrag Protein Düngemenge gesamt N-Aufnahme Korn N-Saldo Sensormessung: Roter Bereich: Überversorgt (>50 kg N/ha) Gelber Bereich: Überversorgt (50 0 kg N/ha) Grüner Bereich: Einfluss durch Versuchsbereich 94 dt / ha 13 % 209 kg N/ha 183 kg N/ha 26 kg N/ha 31

32 Sensorscans landwirtsch. Flächen Sensorfahrt Weizen EC 32, keine org. Düngung Landwirt VB: 40 kg N/ha EC32: 80 kg N/ha Düngegaben TUM VB: 60 kg N/ha EC32: 1. Fahrgasse (Straße) 90 kg N/ha Fahrgasse westlich 75 kg N/ha Fahrgasse östlich 90 kg N/ha Sensormessung: Roter Bereich: kg N/ha notwendig Gelber Bereich: kg N/ha notwendig Grüner Bereich: kg N/ha notwendig 32

33 Sensorscans landwirtsch. Flächen Sensorfahrt Weizen EC 39, keine org. Düngung Landwirt: EC39: 100 kg N/ha Düngesystem TUM: EC39: 1. Fahrgasse (Straße) 0 kg N/ha Fahrgasse westlich 60 kg N/ha Fahrgasse östlich 40 kg N/ha Sensormessung: Roter Bereich: Überversorgt 20 kg N/ha Gelber Bereich: kg N/ha notwendig Grüner Bereich: kg N/ha notwendig 33

34 Sensorscans landwirtsch. Flächen 250 Düngevergleich Landwirt - TUM in Weizen ohne organische Düngung ,9 113, ,5 12,5 7 0 Ertrag dt/ha Protein % N-Düngemenge kg N/ha N-Entzug kg N/ha N-Saldo kg N/ha Landwirt TUM 34

35 Düngeempfehlung kg N/ha Sensorscans landwirtsch. Flächen Vergleich verschiedener Düngeempfehlungen auf einem Standort mit hoher org. Düngung Gabe 2. Gabe 3. Gabe Bodenuntersuchung Bodenuntersuchung eine Pflanzenanalyse Bodenuntersuchung zwei Pflanzenanalysen Düngung Landwirt 35

36 Zusammenfassung Bodenheterogenitäten führen zu unterschiedlichen Nährstoffbedarf auf den Teilflächen Die Nutzung des Ertragspotentials der Schläge unter Einhaltung entsprechender Umweltstandards ist nur bei einer teilflächenspezifischen Düngung möglich Der Einsatz großer Mengen organischer Dünger führt zu hoch volatilen N-Quellen, die das Kompensationsvermögen der Pflanzen übersteigen kann, so dass neben negativen Umwelteffekten auch Ertragsminderungen auftreten können Die Beherrschung dieser volatilen N-Mengen aus organischen Düngern erfordert eine mehrmalige Pflanzenanalyse (z.b. Sensor oder Nitratsaft) während der Vegetationsperiode Das vorgestellte System der sensorgestützten N-Düngung ermöglicht hohe Erträge bei ausgeglichenen N-Salden. 36

37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dank an die Mitarbeiter und die Landwirte 37