Modellgestützte -Düngung von Winterweizen -Möglichkeiten und Grenzen- Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung Christian-Albrechts-Universität zu Kiel A.M. Ratjen orddeutsches Marktfruchtforum Lübeck, 28.02.2013
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)
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Eingabegrößen Standortkoordinaten (Wetterstation) Bodentextur (0-30, 30-60, 60-120 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)
Ausgabegrößen -Sollwert -Verteilung (3 Gaben) jahresspezifische Anpassung der -Düngung Abbildungen zu verschiedenen Simulationsgrößen
Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfsgerecht regional angepasst ökonomisch optimiert
Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfsgerecht -> -Bilanzüberhänge mindern regional angepasst ökonomisch optimiert
Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfsgerecht -> -Bilanzüberhänge mindern regional angepasst -> Versuchsdaten nutzen ökonomisch optimiert
Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfsgerecht -> -Bilanzüberhänge mindern regional angepasst -> Versuchsdaten nutzen ökonomisch optimiert -> Risiko-Aufschläge minieren
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
Abschätzung des -Entzugs Kornertrag Rohprotein crop = straw + grain + root
Abschätzung des -Entzugs Beispiel A-Weizen
Modellkonzept Zielgröße 20 kg /ha Messwert fert crop res -Min eff - min S Wetterdaten HumeWheat (Pflanzen-Boden-Modell)
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
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
1:1 Plot ideale Abbildungsgüte (nicht zu erreichen)
Abbildungsgüte HumeWheat r 2 : 0.42 Abbildungsgüte (absolut)
Abbildungsgüte HumeWheat r 2 : 0.65 Abbildungsgüte (bias-korrigiert) Y Y sim sim Y obs
Ertragsschätzung zur 3. Gabe Beispiel: Königslutter 2008 Simulationsgröße: Sprosstrockenmasse Simulationszeitpunkt: 31.Mai (3. -Gabe)
Referenzjahre Zunächst werden Referenzjahre gerechnet mit historischer Witterung (oder geeignetes Referenzwetter)
Referenzjahre Referenzverlauf Das Mittel ergibt den Referenzverlauf
Referenzjahre Referenzverlauf Aktuelle Witterung (unvollständig) Ende der aktuellen Wetterdaten Ende Mai
Referenzjahre Referenzverlauf Szenarien Die aktuelle Witterung wird zur 3. -Gabe mit Referenz-Wetter extrapoliert
Referenzjahre Referenzverlauf Szenarien Erwartungsverlauf Das Mittel ergibt den Erwartungswert
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.
Erwartungswert im Zeitverlauf Aussaat
Erwartungswert im Zeitverlauf Aussaat abs. Fehler
Erwartungswert im Zeitverlauf BBCH 39 abs. Fehler (Reduktion 18%) 2007
Erwartungswert im Zeitverlauf BBCH 60 abs. Fehler (Reduktion 26%)
Modellkonzept Zielgröße 20 kg /ha Messwert fert crop res -Min eff - min S Anwender Y, RP crop Min eff! Schlagparameter! relativ Wetterdaten HumeWheat
Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfgerecht regional angepasst ökonomisch optimiert
Modellkonzept Zielgröße 20 kg /ha Messwert fert crop res -Min eff - min S Anwender Y, RP Schlagparameter crop! eff!! relativ Min Wetterdaten HumeWheat
-Steigerungsversuche 1999-2010 12 Standorte VF: ZR, WW, Raps, Kartoffel n = 70 Apple i-photo-map
Abschätzung des -Entzugs Anpassung quadratischer Funktionen (-Response-Kurven) Ertrag Rohprotein y=a+bx+cx 2
-achlieferung bilanzieren konst. variabel Messwert Min eff crop res min fert -Responsekurven Ertrag, Protein
-achlieferung bilanzieren Poppenburg, VF: ZR, 2008 Min eff
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
-achlieferung bei opt Poppenburg, VF: ZR, 2008 Min eff = 114
-achlieferung bei opt Poppenburg, VF: ZR, 2009 Min eff = 28
-achlieferung bei opt Poppenburg, VF: Raps, 2007 Min eff = 143
Schätzung -achlieferung Einflussfaktoren: Vorfrucht (ZR, Raps, WW, sonstige) Bodenart Ertragsniveau Jahreswitterung
Abbildungsgüte Mineralisation Kein unabhängiger Datensatz!
Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfgerecht regional angepasst ökonomisch optimiert
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
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
Ziele Anforderungen an die -Düngung: bedarfgerecht regional angepasst ökonomisch optimal (nicht gezeigt)
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] L1 94 103 L2 187 205 L3 281 308
Düngevergleich Referenz: einheitlich ökon. optimiertes -Angebot (für jede Preisstufe separat optimiert)
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 196 209 29.7-9.7 Mittel über drei Preisszenarien (n=3x45) -Saldo = Differenz -Bilanzsaldo DB = Differenz direktkostenfreie Leistung
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.
Ausblick Deutschlandweite Parametrisierung Verbesserung der Benutzerschnittstelle Anbindung an Bodendatenbanken
Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!