Digitaler Wandel – Teil 3 - Die dritte Station auf der digitalen Reise

Landwirt Hubert Mustermann freut sich über Düngereinsparungen dank seiner teilflächenspezifischen Ausbringung. Wie kann er den N-Einsatz noch exakter planen? Soll er in einen N-Sensor investieren? Wie kann er Biomassekarten aus dem All nutzen? Lohnt sich eine Ertragserfassung für seinen Mähdrescher? Lesen Sie in diesem Teil der Serie von Prof. Dr. Wolfgang Kath-Petersen, wie sich unser Betrieb Mustermann entscheidet.

Digitaler Wandel – Teil 3: Die dritte Station auf der digitalen Reise

Unser Beispielbetrieb Mustermann plant weitere Entwicklungsschritte.

Digitaler Wandel – Teil 3: Die dritte Station auf der digitalen Reise

Unser Landwirt Mustermann ist jetzt einige Zeit mit den neuen Methoden aktiv und stellt auch erste Erfolge fest: So sind die Einsparungen bei der Teilflächendüngung auf seinen Flächen wirklich messbar. Vorher wurde am Streuer vor Beginn der Arbeit für den gesamten Schlag nur ein Durchschnittswert eingestellt. Heute regelt das Gerät entsprechend der Applikationskarte die Ausbringmenge passend zu den kleinräumlich wechselnden Ansprüchen, die die ausgewerteten Bodenproben vorgeben. Offensichtlich hat Mustermann also früher zu viel gestreut. Die Elektronik wirkt! Der Betriebsleiter hat sich bei den Berufskollegen umgehört. Dort spricht man vom N-Sensor und mittlerweile von Biomassekarten. Warum auch das noch, wenn er doch heute schon teilflächenspezifisch arbeitet? Kann er bei der Düngung wirklich noch weiter optimieren?

Düngung mit dem N-Sensor

Tatsächlich kann der N-Sensor während der Durchfahrt mit dem Streuer durch den wachsenden Bestand noch besser auf die aktuelle Vitalität der Pflanzen eingehen. Je intensiver ihre Grünfärbung, desto weniger Stickstoff-Dünger ist notwendig, je blasser das Grün, umso mehr wird zugeteilt. So kann der Betriebsleiter die aktuelle Situation der Kultur berücksichtigen. Denn Bodenwerte und Ertragsdaten stammen aus der Vergangenheit und helfen grundsätzlich, das Potenzial einzuschätzen. Die aktuelle Bestandsentwicklung aber, die durch vorherrschende Temperatur- und Niederschlagswerte bestimmt wird, ist am besten erkennbar, wenn eine Einschätzung direkt am Tag der Düngergabe stattfindet. Dazu dient der Sensor. Er sendet aus den Sen- sorköpfen ein Licht in den Bestand, das vom Grün der Pflanzenblätter reflektiert und über eine Photozelle im Sensor wieder aufgefangen wird. Je nach Intensität der Grünfärbung wird dieses Licht unterschiedlich zurückgesandt. Es entsteht ein Reflexionswert. Der wiederum entspricht einem „Grünwert“ und kann als N-Düngerbedarf, also als einzustellende Mehr- oder Mindermenge an den Öffnungsschieber am Düngerstreuer weitergeleitet werden. Die wirklich ausgebrachte Menge ist also dem wechselnden Bedarf in Abhängigkeit der Mobilisierung von Stickstoffreserven im Boden noch besser anzupassen und kann von der mittels Applikationskarte vorher eingeschätzten Menge abweichen. Daher ist die Dokumentation der wirklich ausgebrachten und verteilten Streumenge auch jetzt besonders wichtig, sonst stimmen die Daten später nicht. Das hört sich insgesamt perfekt und sehr lohnend an, denkt Mustermann.

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„Arbeitsbreite“ des Stickstoff-Sensors am Schlepper: 5–6 m links und rechts.

Einige Einschränkungen sind aber doch zu beachten: Zunächst kommt für Mustermann nur ein ISOBUS-zertifiziertes Gerät in Frage, damit es mit der Kommunikation im Gesamtsystem reibungslos klappt! Dann bringen Bauart und Position des Sensors am Schlepper – je nach Hersteller zum Beispiel auf dem Dach oder in der Fronthydraulik – auch Begrenzungen mit sich. Während der Arbeit kann systembedingt nur ein begrenzter Streifen der wirklichen Arbeitsbreite des Streuers erfasst werden. Also „scannt“ die Technik während der Überfahrt nur einen Teilbereich der gesamten Fläche. Dazu ein Beispiel: In der Produktinformation eines Sensorherstellers wird die Einschränkung offen benannt. Aus der von den Sensorköpfen erreichten Fläche ergibt sich bei 36 m Streubreite ein abgetasteter Bereich von nur ca. 25 %, bei einer Streubreite von 24 m sind es etwa 33 %. Nur ein Teil der Fläche liefert also die Informationen für die Dosierung der Düngermenge im wachsenden Bestand. Das stellt auf jeden Fall schon einmal eine Verbesserung gegenüber der Arbeit ohne Sensor dar, ist aber längst nicht flächendeckend. Außerdem ist der Einsatz im Frühjahr zur Startdüngung nur eingeschränkt, denn die oftmals geringe Biomasse liefert noch keine ausreichende Bedeckung für die notwendige Reflexion des Lichts zum Sensor zurück: Es fehlt einfach der grüne Bewuchs am Boden, die Pflanzen sind noch viel zu klein! Außerdem nutzt Mustermann gern die frühen Morgenstunden im Frost, damit er die Flächen möglichst schadlos befahren kann. Dann sind die Pflanzen aber meist auch vom Raureif überzogen. Also: Soll Mustermann nun kaufen?

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Streifenweise tasten die Satellitenpaare Sentinel-1 und Sentinel-2 mit ihren empfindlichen Messinstrumenten die Erdoberfläche in einer Auflösung von bis zu zehn mal zehn Metern ab.

Er zögert noch. Beim Preisvergleich und während der Gespräche mit Berufskollegen im Beratungsring stellt Mustermann fest, dass es besonders in den letzten Jahren bei den Sensoren deutliche Preisveränderungen gegeben hat. Die Anbieter haben zum Teil deutlich nach unten korrigiert und bieten selbst Alternativen zum Sensor an. Warum denn das?

Alternative oder Ergänzung: Nutzung von Biomassekarten auf Basis von Satellitenbildern

Der Sensor am Schlepper hat vor ein paar Jahren Konkurrenz bekommen. Seit 2017 sind Satelliten (Europäische „Sentinel-1“ und vor kurzem auch „Sentinel-2“ Satelliten) in die Erdumlaufbahn gebracht worden, die in regelmäßigen Abständen Aufnahmen von der Erdoberfläche senden, die als Grundlage für Biomassekarten dienen können. Diese Karten liefern regelmäßig recht aktuelle Informationen zum Wachstumsstatus der Kulturen auf dem Acker. Also genau der „Geschäftsbereich“, der vorher dem N-Sensor vorbehalten war. Wie funktioniert das in der Praxis?

Die Satelliten kreisen auf ihren Umlaufbahnen um die Erde und liefern laufend Bilder von der Oberfläche. Deren Auflösung reicht immerhin bis zu einer verwertbaren Rastergröße von zehn mal zehn Metern! Beide Satellitensysteme unterscheiden sich aber in der Bildqualität und der Aktualität: Radaraufnahmen (Sentinel-1) und Multispektralkameras (Sentinel-2) liefern unterschiedliche Rastergrößen. Das Multispektralbild bringt zwar höhere Detailgenauigkeit und Auflösung und wird zudem alle zwei bis drei Tage aktualisiert, ist aber stark von der Witterung abhängig und funktioniert am besten bei klarem Himmel – also nicht immer. Dagegen steht die Radaraufnahme mit größerer Rasterfläche (30 x 30 m) und mit einer Aktualität von „nur“ sechs Tagen. Dafür klappt die Radaraufnahme unter allen Verhältnissen. Zusätzlich nutzen Dienstleister Informationen anderer Satelliten (z.B. Landsat), um aus den gewonnenen Bildern Biomassekarten und damit nutzbare Informationen für die Landwirtschaft zu generieren.

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Biomassekarte, aus Satellitenbildern erstellt.

Diese Hintergrundinformationen sind im Detail zwar grundsätzlich für Mustermann von Interesse, die fertigen Applikationskarten liefert ihm aber schließlich der Dienstleister, nach dem der Landwirt dort seine Ansprüche formuliert hat. Es gibt bereits einige, die ihm die gewünschten Applikationskarten auf Basis der Biomassekarten und Satellitenbilder liefern können. Hubert Mustermann stellt fest, auch dieses Verfahren hat noch seine Grenzen und ist möglicherweise nicht perfekt. Aber die gewonnenen Informationen helfen auf jeden Fall weiter dabei, Betriebsmittel noch exakter zu dosieren und dem wirklich aktuellen Bedarf die Ausbringmenge besser anzupassen. Mustermann bestellt zukünftig die Kartierung zu einem festen Preis pro Hektar. Das gibt ihm zunächst mal die Sicherheit vor einer Investition, die möglicherweise für ihn doch nicht passt und sichert eine gewisse Flexibilität, wenn neuere Techniken und Verfahren einfließen, die künftig eventuell noch bessere und günstigere Informationen seiner Bestände liefern können.

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In dem kostenfreien Web-Portal www.applikationskarte.de können Landwirte die Entwicklung ihrer Pflanzenbestände anhand aktueller Satellitenbilder auswerten und in drei Schritten Applikationskarten für die variable Ausbringung erstellen.

Hubert Mustermann ist zufrieden! Wieder ist ihm ein Schritt gelungen, mit dem er seinen Aufwand gezielter einsetzen und die Bestände noch präziser führen kann. Er wendet mit jeder Durchfahrt und Teilgabe zur Stickstoffdüngung weniger Nährstoffe auf, die zudem immer enger am aktuellen Bedarf entsprechend dosiert werden. Das hilft, seinen Ertrag (auch den monetären!) weiter zu steigern und schont zusätzlich die Umwelt. Denn was die Pflanze nicht verwerten kann, geht direkt ins Grundwasser. Das will er auf jeden Fall vermeiden.

Ertragsmessung am Mähdrescher

Wie die Bestandsführung, so der Ertrag, denkt sich Mustermann! Jetzt will er wissen, wie sich die Teilflächen im Laufe der Zeit entwickeln. Sein Mähdrescher ist ohnehin nicht mehr der Beste. Zeit für ein neueres Modell. Er überlegt, ob er künftig vom Lohnunternehmer dreschen lassen soll – der könnte mit seinen modernen Maschinen immerhin auch die Teilflächenerträge ermitteln und weiterleiten – oder ob er eine eigene Maschine sinnvoll auslasten kann. Mustermann will bei den Druschterminen gern flexibel sein und die Maschine künftig auch überbetrieblich einsetzen. Außerdem hat er kürzlich neue Pachtflächen übernehmen können. Er entscheidet sich also für den eigenen Drescher, eine junge gebrauchte Maschine mittlerer Größe soll es sein. Bei der Suche nach einem geeigneten Modell kommt er doch wieder ins Grübeln! Je tiefer er in die Ertragsmessung einsteigt, desto mehr kommen ihm Bedenken, ob die Teilflächenergebnisse für die Bestandsführung wirklich wichtig sind, ob die Technik ihm überhaupt das liefern kann, wonach er sucht, und ob es nicht sogar einfachere Lösungen gibt. Wo liegen die Herausforderungen?

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Ertragsmessung im Kornelevator – zum Beispiel Massenbestimmung mittels Kraftmesszelle an Prallplatte.

Je nach Hersteller werden unterschiedliche Verfahren angeboten, die zum Beispiel das zum Korntank geförderte Kornvolumen oder die Masse im Elevator messen. Andere wiegen laufend die Gewichtszunahme im Korntank mittels Wiegezellen. Die Messwerte werden dann mithilfe von GPS Daten auf die abgedroschenen Teilflächen bezogen abgespeichert. Auf jeden Fall ist für die Lösungen eine regelmäßige Kalibrierung notwendig, um die Systeme auf die jeweilige Kornart und Feuchte (die sortenbedingt und im Tagesablauf schwanken kann!) einzustellen. Die teilflächenbezogenen Daten müssen zusätzlich später durch einen Filter, um die kleinräumlichen Schwankungen im Flächenraster zu glätten, die durch Einflüsse des Bestandes (z.B. Lagerstellen, Säfehler) oder der Maschine (z.B. halbe Schneidwerksbreite in Keilen) entstehen. Trotzdem bleibt ein gewisser Restfehler, der den Ergebnissen anhaftet. Mustermann wägt ab. Er sucht sich eine passende Maschine zunächst ohne Messung, auch, nachdem er von guten Nachrüstlösungen am Markt erfahren hat. So erhebt er seine Ertragswerte zunächst weiter schlagbezogen, indem er die einzelnen Wagen auf dem Weg zur Trocknung wiegt und die Werte mit der jeweils ermittelten Kornfeuchte korrigiert. Bedeutet das jetzt einen Rückschritt und Informationsverlust? Mustermann glaubt, richtig entschieden zu haben! Er nutzt ja bereits die Biomassekarten seines Dienstleisters, um Düngung und Pflanzenschutz aktuell an der Bestandsentwicklung justieren zu können. Zusätzlich liegen die kleinräumlichen Daten zur Bodengüte vor. Das erscheint ihm insgesamt sinnvoller, als historische Ertragsdaten zu sammeln und den Entscheidungen im Folgejahr zu Grunde zu legen. Denn die spiegeln immer nur das Resultat des vergangenen Jahres mit seinen „damals“ vorherrschenden Einflüssen aus Temperatur und Niederschlag wider.

Ausblick: Farm Management Systeme

Unser Landwirt sammelt nun schon eine Menge Daten, die sinnvoll verknüpft, viele wertvolle Informationen über die Betriebsabläufe geben können. Man muss sie „nur“ mittels einer geeigneten Software verarbeiten und – noch wichtiger – um Ausreißer bereinigen und interpretieren. Erst dann liefern sie die Details und Kennzahlen, die mit den „Stellschrauben“ in der Produktion weiteren Ertragszuwachs bringen können. Mustermann kümmert sich um ein Farm Management System, ein Softwarepaket, dass künftig alle relevanten Zahlen des Betriebes verarbeiten und auswerten soll. Seine Erfahrungen damit schildert die nächste Ausgabe unseres Erfahrungsberichtes aus dem digitalen Alltag eines Praktikers.

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