Landesbetrieb Landwirtschaft Hessen

Versuchswesen Marktfruchtbau

LLH setzt auf GIS-basierte Versuchsplanung

Der Landesbetrieb Landwirtschaft Hessen (LLH) führt als neutraler Versuchsansteller jährlich Feldversuche in unterschiedlichen Kulturen durch und beantwortet so unabhängig und objektiv wichtige ackerbauliche Fragen für die hessischen Landwirte, wie zum Beispiel: Welche Sorte soll gewählt werden? Was ist die optimale Aussaatstärke und wie soll die Düngung gestaltet werden?

Digitale Lösungen helfen dabei, Daten zu sammeln, aufzuarbeiten und die Arbeit zu verbessern. Um im Versuchswesen möglichst genau und zuverlässig Fragestellungen beantworten zu können, ist eine gute Versuchsplanung nötig. Die Versuche müssen so gestaltet werden, dass heterogene Ausgangslagen und Umwelteinflüsse einen möglichst minimalen Einfluss auf die Fragestellungen der Versuche haben. Für ein optimales Feldversuchswesen bedeutet dies, dass konsequent die gesamte Bewirtschaftung der Felder auf die Versuche ausgerichtet werden muss.

Seit dem Sommer 2020 erfolgt die Versuchsplanung im LLH mit Geoinformationssystemen (GIS). Dazu wurde im Vorfeld ein möglichst großes Spektrum an räumlichen Daten gesammelt, um Versuchsflächen besser beurteilen zu können. Mit der Bodenschätzung sind die Bodenzahl, Bodenart, Feldkapazität, Entstehungsart, Ertragspotential und Wasserverhältnis nach Grünlandschätzung für alle landwirtschaftlich genutzten Flächen in Hessen in großem Maßstab vorhanden. Hierdurch ist es möglich, heterogene und homogene Bereiche im Feld zu erkennen.

Feldversuche mit Fahrspuren
Feldversuche mit Fahrspuren; bearbeitet durch Christian Kirchner, LLH

Übersichtskarte mit verschiedenen Layern, erstellt durch Christian Kirchner, LLH
(Datenbasis: Bodenschätzung: Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie; Sentinel2 Karten: https://www.d-copernicus.de/daten/datenzugang/; die Schummerung ist aus einem Geländemodell (DGM1) vom HVBG berechnet worden).

Eine noch bessere Auflösung bietet die analytische Schummerung eines hochauflösenden Geländemodells (DGM1), das zur Darstellung des Mikroreliefs genutzt wird. Damit werden Kleinformen an der Geländeoberfläche sichtbar, die selbst mit dem bloßen Auge im Feld kaum erkennbar sind. Dies können alte Wege nach einer Flurbereinigung oder ein Altarm eines Flusses, aber auch Unterschiede in der Landbewirtschaftung sein. Senken und Kuppen in der Bodenoberfläche werden ebenso sichtbar. In den Senken sammelt sich zum Beispiel mehr Wasser und die Pflanzen leiden in einer Trockenphase später an Stress als der restliche Pflanzenbestand auf der Kuppe.

Eine weitere wichtige Informationsquelle für das Versuchswesen sind hochauflösende Luftbilder aus Jahren, in denen die Fläche normal bewirtschaftet wird. Bei einer homogenen Bewirtschaftung (ohne z.B. teilflächenspezifische Aussaat oder Düngung), wirken sich eventuell vorhandene Umweltunterschiede auf den Pflanzenbestand aus und spiegeln sich in dem Luftbild wieder. So werden zum Beispiel in trockenen Jahren Drainageleitungen sichtbar, weil diese Bereiche besser mit Wasser versorgt sind.

Es gibt mehrere Quellen für Luftbilder. Dies sind Google Maps, Google Earth, Bing Maps und auch das Geoportal des Hessischen Landesamt für Bodenmanagement und Geoinformation. Neben den Luftbildern werden auch die Daten der Erdbeobachtungssatelliten des Copernicus-Programms der Europäischen Weltraumorganisation genutzt. Die Sentinel-2 Satelliten liefern multispektrale Erdbeobachtungsdaten mit einer Auflösung von 10m pro Pixel. Der Vorteil dieser Daten ist die häufige Wiederholung der Aufnahmen. Die Satelliten liefern alle 5 Tage Bilder, sofern der Himmel zum Zeitpunkt des Überflugs wolkenfrei ist. Neben den normalen RGB-Bildern liefert das Programm auch Aufnahmen in nicht-sichtbaren Wellenlängenbereichen von 490 bis 2200 nm. Entsprechende Spektralkanäle werde anschließend zu Vegetationsindizes (z.B. NDVI) verrechnet mit deren Hilfe die Biomasseverteilung oder auch die Nährstoffversorgung geschätzt werden kann. Über die zeitliche Abfolge kann man Zonen auf den Feldern identifizieren, die eine höhere bzw. niedrigere Biomasseproduktion besitzen.

Alle diese Informationsquellen werden nun genutzt, um Bereiche im Feld zu identifizieren, die möglichst homogen und am besten für die Platzierung der Versuche geeignet sind. Eine Versuchsfläche ist jedoch nie wirklich homogen. Dies ist auch ein Grund, warum die Versuche sowohl am selben Standort wiederholt werden, als auch an mehreren Standorten durchgeführt werden. Um Jahreseffekte auszuschließen, werden die Versuche zudem über mehrere Jahre wiederholt und statistisch ausgewertet.

Neben genaueren Ergebnissen der Versuche bietet die GIS-basierte Planung weitere Vorteile: Die Versuche müssen nicht mehr mit Maßband und Winkelspiegel eingemessen werden. Diese Methode ist im Vergleich zu GPS-Vermessungsgeräten mit RTK-Korrektur zu ungenau und zu arbeitsintensiv. Heutige Geräte besitzen eine absolute Genauigkeit von ca. 1-2 cm.

Werden die Versuche mittels GIS-Software geplant, ist es auch im Vorfeld möglich, Fahrspuren für Traktoren, die für die Durchführung der Versuche genutzt werden, zu erstellen. Somit können Arbeiten wie Aussaat, Düngung und Pflanzenschutz sehr präzise und ohne Überlappungen durchgeführt werden. Die Traktoren fahren mittels RTK-Korrektursignal auf 2-3 cm genau. Somit kann gewährleistet werden, dass jeder Bereich gleichmäßig ohne Überlappung bearbeitet wird. Es kommt z.B. auch nicht mehr zu einer Über- bzw. Unterversorgung mit Nährstoffen oder Pflanzenschutzmitteln, welche sich negativ auf die spätere Versuchsauswertung auswirken könnten.

Sind die Versuche auf den Flächen beendet, werden die Flächen wieder über mehrere Jahre normal bewirtschaftet. Das Ziel in dieser Zeit ist es, die Fläche wieder in einen homogenen Zustand und somit wieder versuchsfähig zu bekommen. Während des Versuchsjahrs werden zum Beispiel zusätzliche Wege angelegt, auf denen die Versuchsmaschinen fahren, um die Parzellen möglichst ungestört zu erhalten. Diese Wege weisen eine größere Verdichtung auf, die in den Jahren zwischen den Versuchen gelockert werden muss. Zudem werden Parzellen größer angelegt und anschließend eingekürzt um Randeffekte auszuschließen. Auf die gesamte Fläche gesehen hinterlassen die Versuche also ein heterogenes Feld.

Mit der GIS-basierten Versuchsplanung ist es möglich, die Versuchsjahre und die normale Bewirtschaftung aufeinander abzustimmen. Am Eichhof wurden beispielsweise permanente Fahrgassen für die Aussaat angelegt, auf denen dann Düngung und Pflanzenschutz durchgeführt wird. Das Ziel ist, über Jahre hinweg immer die gleichen Fahrgassen zu nutzen. Somit beschränken sich eventuelle Bodenverdichtungen auf diese Spuren und Bereiche dazwischen bleiben unbefahren. In den Versuchsjahren werden dann die Versuche anhand der permanenten Fahrgassen exakt im rechten Winkel dazu ausgerichtet und in die Zwischenbereiche der Fahrgassen platziert, wobei Fahrgassen als Versuchswege dienen. Es wird zudem sichergestellt, dass jede Bearbeitung in einem Winkel von exakt 90° zu den Versuchsparzellen stattfindet. Dadurch wirken sich (falls vorhanden) störende Einflüsse auf alle Parzellen einer Wiederholung gleichmäßig aus.

Der Ansatz der permanenten Fahrgassen, man spricht auch von Controlled Traffic Farming (CTF), geht aber noch weiter. Bei jeder Bearbeitung sollen die Maschinen auf exakt denselben Spuren fahren. Dazu müssten alle Maschinen auf dieselbe Spurweite gebracht werden und auch die Arbeitsbreiten aufeinander abgestimmt werden. Die Arbeitsbreiten sollten ein Vielfaches voneinander sein, um doppelte Überfahrten oder Überlappungen zu vermeiden. Zum Beispiel 3 m für die Aussaat, 6 m für die Ernte und 24 m für den Pflanzenschutz.

Teilflächenspezifische Bearbeitung kann dann zudem helfen, mögliche Unterschiede im Feld vor dem Versuchsjahr auszugleichen, indem beispielsweise heterogene Getreidebestände mit einer gezielten Düngung so geführt werden, dass sie zur Ernte gleichmäßiger sind und eine gleichmäßigere Vorfruchtwirkung bieten. Die vorhandenen, aktuellen Sentinel-2 Satelliten können Datengrundlage dafür sein. Denkbar sind auch am Markt verfügbare Sensoren, die die Ausbringmenge des Düngerstreuers regeln können.

Die GIS-basierte Versuchsplanung kann neben den praktischen Vorteilen auf dem Feld auch die Dokumentation erleichtern. Mit GIS-basierten Schlagkarteien ist es möglich, einmal eingetragene Daten für verschiedenen Zwecke zu nutzen: Einmal für die Versuchsauswertung und einmal für die Dokumentation der normalen betrieblichen Tätigkeiten auf dem Feld. Die Daten sind zentral gespeichert und lückenlos vorhanden. Fragen wie Spritzfolgen von Herbiziden oder Anbaupausen können so leichter und schneller beantwortet werden. Weiterhin helfen digitale Lösungen auch, den Alltag der Versuchsansteller zu vereinfachen, indem beispielsweise Bonituren mittels drohnengestützten Multi- bzw. Hyperspektralkameras stattfinden können. Der Vorteil ist, dass man zeit- und kostensparend Bonituren ohne den subjektiven Einfluss der Bewerter durchführen kann. Denkbar sind das Zählen von Maispflanzen, Bestimmen des Blühbeginns von Raps, der Ährendichte im Getreide, des Bedeckungsgrads oder der Wuchshöhe.

Es zeigt sich, dass die GIS-basierte Versuchsplanung ein wichtiges Werkzeug ist und viele Anwendungsmöglichkeiten in sich birgt. Sie ist Grundlage für ein zukunftsfähiges Versuchswesen und wird bestimmt noch weitere Verbesserungsmöglichkeiten bieten, um das Versuchswesen effizienter und noch genauer zu gestalten. Ein weiterentwickeltes Versuchswesen liefert somit noch bessere Handlungsempfehlungen für die hessischen Landwirte.


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