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letzte Änderungen:
11.06.1999

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Teilprojekt 3

Variabilität der Biomassebildung und des N-Status in Pflanzen

Teilprojektbearbeiter

Teilprojektleiter

Dipl. Ing. agr. Joachim Liebler Dr. F.-X. Maidl
liebler@mm.pbz.agrar.tu-muenchen.de maidl@mm.pbz.agrar.tu-muenchen.de
Lehrstuhl für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung
Abteilung Pflanzenbau

Kurzbeschreibung

Zur Umsetzung einer kleinräumig optimierten N-Düngung werden heterogene Schläge in homogene Teilflächen untergliedert und diese spezifisch bewirtschaftet. Eine derartige Einteilung in homogene Teilflächen kann wegen der Wechselwirkung "Standort x Jahreswitterung" über mehrere Jahre hinweg jedoch nicht als konstant betrachtet werden und ist deshalb nicht ausschließlich aufgrund von Ertragskarten und Bodenunterschieden vorzunehmen. Vielmehr sind Unterschiede, die sich aus dem aktuellen Wachstums- und Ernährungszustands des Bestandes ergeben, zu berücksichtigen, die nicht zwangsläufig mit Bodenunterschieden und Ertragskarten korrelieren.

Destruktive Methoden (Boden- und Pflanzenanalysen) zur Identifizierung von in sich homogenen Teilflächen verursachen bei großflächigem Einsatz einen enormen Arbeits- und Kostenaufwand und sind daher für diesen Zweck ungeeignet. Deshalb sollen in diesem Teilprojekt nicht-destruktive Verfahren weiterentwickelt bzw. verbessert werden. Dazu werden für die Kulturen Winterweizen und Mais zweijährige Feldversuche auf Flächen mit unterschiedlichem Ertragspotential angelegt. In diesen Feldversuchen variieren Sorte, N-Menge und bei Mais auch die Aussaatstärke. Zu verschiedenen Entwicklungsstadien werden optische Messungen durchgeführt und parallel dazu Pflanzenproben entnommen und analysiert. So ist es möglich, Zusammenhänge zwischen den spektralen Eigenschaften eines Bestandes und seinen wichtigen pflanzenbaulichen Parametern wie z. B. Biomasseaufwuchs und N-Aufnahme zu erfassen. Darauf aufbauend soll ein Konzept für eine teilflächenspezifische Stickstoffdüngung unterschiedlich entwickelter und ernährter Bestände erarbeitet werden. Ziel ist, Richtwerte für die Stickstoffdüngung zu entscheidenden Entwicklungsstadien aufgrund der Ergebnisse der optischen Messung und des Erfahrungswissen über den Standort abzuleiten.


Veröffentlicht in "Mitteilungen der Vereinigung Weihenstephaner Universitätsabsolventen"

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Einleitung

Grundvoraussetzung für eine teilflächenspezifische Pflanzenproduktion ist die Identifizierung homogener Teilflächen in einem heterogenen Schlag. Dazu stehen mehrere Hilfsmittel zur Verfügung: Mehrjährige Ertragskarten, Bodenkarten, Nährstoffkarten, Informationen über Hangneigung und Exposition, Luftbilder, Fernerkundung usw.. Allerdings ist davon auszugehen, daß eine Rangfolge dieser Teilflächen nach Ertrag wegen des Einflusses der Jahreswitterung zeitlich nicht konstant ist. So besitzen z. B. Standorte mit geringerer nutzbarer Feldkapazität (nFK) in sehr feuchten Jahren aufgrund der besseren Entwässerung ein höheres Ertragspotential als Standorte, die zu Staunässe neigen. In trockenen Jahren dagegen leiden Bestände auf Standorten mit geringer nFK sehr schnell unter Wassermangel, so daß die Erträge dort geringer ausfallen (vgl. Cluster 1 in Abb. 1).

Für eine kleinräumig optimierte Bestandesführung - insbesondere für die Stickstoffdüngung, aber auch für die Herbizid- und Fungizidapplikation - müssen daher über die zeitlich stabilen Parameter hinaus noch weitere Informationen gewonnen werden, die die jahresspezifischen Gegebenheiten widerspiegeln. Die beiden Faktoren "Standort" und "Jahreswitterung" bestimmen neben den Bewirtschaftungsmaßnahmen im wesentlichen den Status des Bestands. Somit kann die Pflanze selbst als geeigneter Indikator für das Zusammenspiel der jeweiligen Umweltbedingungen betrachtet werden.

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Ziele des Projekts

In der Vergangenheit waren zur quantitativen Ansprache eines Pflanzenbestandes aufwendige Pflanzenanalysen erforderlich. Um auf diese zukünftig verzichten zu können, soll daher in diesem Teilprojekt ein berührungsloses Verfahren zur Bestandsbonitur weiterentwickelt werden. Dabei ist die Information einer optischen Bonitur über den N-Status und die Biomassebildung des Bestandes für die Stickstoffdüngung von besonderem Interesse.

In zahlreichen Versuchen des Lehrstuhls für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung der Technischen Universität München wurde dazu auf der Versuchsstation Roggenstein und an anderen Standorten eine optimale N-Aufnahmekurve für Winterweizen zum Erzielen von Höchsterträgen gefunden (Abb. 2).

In Abhängigkeit vom Ertragspotential eines Standortes sind zu definierten Entwicklungsstadien Zielwerte für die N-Aufnahme eines Bestandes einzuhalten. Mit dem berührungslosen Verfahren sollen Abweichungen der tatsächlichen von der gewünschten N-Aufnahme quantitativ festgestellt und mit der daraus abgeleiteten Düngemenge die beiden Kurven (IST- und SOLL-Aufnahme) zur Übereinstimmung gebracht werden.

Noch laufende Arbeiten am Lehrstuhl beschäftigen sich darüber hinaus mit der optimalen N-Aufnahme für die Kultur Mais. An diese Kultur soll das Verfahren ebenfalls adaptiert werden. Für einen späteren Zeitpunkt ist auch eine Validierung des Verfahrens in anderen Getreidekulturen und Kartoffeln vorgesehen. Somit ist das übergeordnete Ziel des Teilprojekts eine sinnvolle Operationalisierung der teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung.

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Vorgehensweise

Die optosensorische Bonitur stützt sich auf die Messung der Reflexion des Pflanzenbestandes mit einem 2kanaligen Spektralsensorsystem (Abb. 3).

Im Wellenlängenbereich des sichtbaren und nahinfraroten Lichtes hat die Reflexion den in Abbildung 4 dargestellten, für Pflanzenbestände charakteristischen, Verlauf. Derartige Meßsignaturen sowie deren mathematische Verarbeitung erlauben Rückschlüsse auf den Zustand des Bestandes. Allerdings wird die Messung stets von Störfaktoren (Strahlungsgeometrie, Lichtverhältnisse, Sorteneigenschaften, Bodenfarbe usw.) beeinflußt, die erfaßt und wenn möglich rechnerisch eliminiert werden müssen.

Um hierzu eine Methode zu entwickeln, werden für die Kulturen Winterweizen und Mais Feldversuche angelegt. In diesen Versuchen variieren Sorte, N-Düngung und bei Mais zusätzlich die Saatstärke. Zu entscheidenden Entwicklungsstadien erfolgt über die Vegetationsperiode parallel zu den optischen Messungen und zur Störgrößenerfassung eine Charakterisierung der Versuchsflächen anhand destruktiver Standardmethoden (Bestimmung der Trockenmasse und des N-Gehaltes). Eine Gegenüberstellung der Meßsignaturen und Analysewerte unter Berücksichtigung der Störgrößen hat zum Ziel, eine quantitative Ansprache des Bestands mittels der feldspektroskopischen Messungen zu prüfen und Korrekturfaktoren für eine Kalibrierung des Sensors sowie Zielwerte für die Düngung abzuleiten.

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Publikationen

Die Publikationen zu diesem Teilprojekt erreichen Sie hier.

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