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Precision Farming: Was leistet der SoilOptix-Bodenscanner?
Die teilflächenspezifische Bewirtschaftung ist ein zentrales Element des „Precision Farmings“. Mittels Applikationskarten können Betriebsmittel zonenspezifisch effizient ausgebracht werden. Damit dies gelingt, muss die bodenbedingte Heterogenität innerhalb eines Schlag möglichst kleinräumig erfasst werden.
Hierfür eignen sich Bodenscanner, wie beispielsweise der Bodensensor von Soiloptix®. Mittels Gammaspektroskopie misst der Sensor berührungslos die natürliche elektromagnetische Strahlung des Bodens (Emission der Isotope 137Cäsium, 238Uran, 232Thorium und 40Kalium), woraus sich Bodenart und Nährstoffgehalte schätzen lassen sollen.
Konkret verspricht der Sensor eine genaue Schätzung von Bodenart (Sand-, Schluff- und Tongehalt), Makro- (Kalium, Magnesium, Phosphor und Schwefel) und Mikronährstoffgehalten (Bor, Kupfer, Mangan, Zink und Natrium). Zusätzlich werden pH-Wert und der organische Kohlenstoff-Gehalt (Corg) erfasst. Wie zuverlässig die Schätzung dieser Bodenparameter durch SoilOptix® ist, hat die Fachinformation Pflanzenbau mit einem Methodenvergleich überprüft.
Versuchsaufbau
Am Landwirtschaftszentrum Eichhof wurden Versuchsflächen im Umfang von 9,3 ha mit dem Soiloptix® Bodenscanner kartiert. Hierbei handelt es sich um Alluvialböden mit hoher Heterogenität in Sand-, Ton- und Schluffgehalten bei guter Nährstoffversorgung. Nach Kartierung mit dem Bodenscanner wurden 50 Punkte festgelegt, an denen Bodenproben für eine Laboranalyse durch den Landesbetrieb Hessisches Landeslabor (LHL) entnommen wurden. Die Punkte wurden so gewählt, dass eine möglichst große Spannweite der Kartierungsergebnisse abgedeckt wurde. In einem Umkreis von 1 m wurden Bodenproben (10 Einstiche, 30 cm Tiefe) entnommen. Anschließend wurden für den Vergleich die SoilOptix®- und LHL-Analyseergebnisse einer statistischen Auswertung unterzogen.
Ergebnisse und Diskussion
Der Vergleich der über SoilOptix® geschätzten Bodenparameter mit den Laborergebnissen ist in Abb. 1 dargestellt. Sand-, Schluff- und Tongehalte wurden mit SoilOptix® vergleichsweise gut geschätzt. Der Schluffanteil wurde signifikant etwas unterschätzt. Die Schätzungen von Kalium, Magnesium und Zink sowie der Gehalt an organischer Masse waren mit höheren Fehlern behaftet. Für Schwefel, Mangan, Kupfer, Bor, Phosphor, Natrium und Eisen zeigt die Streuung der Punkte keine zufriedenstellende Übereinstimmung der SoilOptix®-Ergebnisse mit den Laborwerten. Keinerlei statistischen Zusammenhang zwischen beiden Methoden konnte für die Nährstoffe Phosphor, Bor, Eisen, Natrium sowie den pH-Wert gefunden werden.
Hohe Übereinstimmung beider Methoden ist gegeben, wenn Punkte annähernd auf der Winkelhalbierenden (gestrichelte Linie) liegen und das Bestimmtheitsmaß R² (adjustiert) nahezu 1 beträgt.
Ursache für die unterschiedliche Schätzgüte von SoilOptix® in Bezug auf die untersuchten Parameter kann die Messmethode selbst sein. Die Isotope 238Uran, 232Thorium und 40Kalium sind in der Gitterstruktur einiger Minerale der Ursprungsgesteine zu finden, welche die relativen Anteile der Korngrößenfraktionen bedingen. Sandfraktionen tragen kaum bis keine Radionuklide in sich, während Tonfraktionen reich an Radionukliden sind. Die landwirtschaftliche Nutzung verändert die Korngrößenverteilung und damit die Gammastrahlung nicht wesentlich, sodass die Schätzung der Bodenart über den SoilOptix®-Scanner gut möglich.
Für Magnesium, Kalium und Zink war ein gewisser Zusammenhang zwischen SoilOptix® und den Laborwerten gegeben. Diese Elemente sind ebenfalls in den Ursprungsgesteinen vorhanden, werden aber auch über Düngemittel ausgebracht. Durch die unterschiedliche Gammastrahlung von Düngemitteln kann die geringere Schätzgenauigkeit erklärt werden. Schwefel, Mangan, Kupfer, Bor, Phosphor und Eisen werden vor allem durch organische Düngemittel ausgebracht, die vermutlich eine zu unterschiedliche Gammastrahlung für eine genaue Schätzung aufweisen. In keinem Zusammenhang mit dem Ursprungsgestein steht die organische Masse sowie der pH-Wert, wodurch die unzureichende Schätzgute erklärbar ist.
Fazit
Mit dem Soiloptix®-Sensor lassen sich nur einige Bodenparameter mit ausreichender Genauigkeit schätzen. Zuverlässig bestimmbar ist die Korngrößenverteilung (Abb. 2), sodass sich der Einsatz zur Erfassung der Bodenart für beispielsweise eine teilflächenspezifische Aussaat empfiehlt. Zusätzlich kann die Kartierung von Kalium, Magnesium und Zink sinnvoll sein. Als alleinige Informationsquelle für die Bestimmung der auszubringenden Düngermenge empfiehlt sich der Scanner jedoch nicht. Zur Bestimmung aller weiteren Nährstoffe und des pH-Werts ist der Sensor bisher nicht zu empfehlen.
