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Precise Nitrogen: Teilflächenspezifische Düngung im Praxistest

Was an einer Stelle des Ackers zu wenig ist, kann an anderer zu viel sein. Diese Binsenweisheit leuchtet ein, unterscheiden sich doch viele Schläge und auch Teilflächen innerhalb eines Schlags in Hinblick auf Bodenart, Relief oder Bewirtschaftungshistorie. Eine gleichmäßige Düngung auf sehr heterogenen Standorten kann daher dazu führen, dass einige Teilareale mit Nährstoffen unter- bzw. andere überversorgt werden. Werden hingegen die teilflächenspezifische Ertragspotenziale und die Bestandsentwicklung im jeweiligen Jahr berücksichtigt, birgt dies die Möglichkeit, die Düngehöhe und vor allem die Düngerverteilung zu optimieren. Vor dem Hintergrund ständig verschärfter Umweltauflagen, Düngebeschränkungen und hoher Stickstoff(N)-Preise gewinnt das Thema an Bedeutung.

So ist die Lage aktuell

Eigentlich ist die teilflächenspezifische Düngung ein alter Hut. Betriebe, die ihre Schläge kennen, passen die Fahrgeschwindigkeit an und variieren damit die mittels Düngerstreuer oder Güllefass ausgebrachte N-Düngemenge. Optische Sensoren, die die Bestandsentwicklung in Echtzeit erfassen, gibt es bereits seit den 90er Jahren. Mittlerweile sind viele moderne Schlepper und Arbeitsgeräte in der Lage, miteinander zu kommunizieren und – im Fall von Düngung oder Pflanzenschutz - Aufwandmengen fortwährend zu regulieren und Applikationskarten abzuarbeiten. Auch die Anzahl der Anbieter für die Erstellung von Applikationskarten wächst ständig. Viele nutzen hierfür die frei verfügbaren Daten der Sentinel 2-Satelliten des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus. Das Portfolio reicht von der Erstellung langjähriger Ertragspotenzialkarten über aktuelle Biomassekarten bis hin zu N-Applikationskarten. Auch die Verknüpfung mit betrieblichen Aufzeichnungen (Schlagkartei) oder Ertragsdaten ist möglich. Die meisten Systeme verwenden die Biomasseentwicklung und Pflanzenfärbung als wesentliche Indikatoren für die Bemessung der N-Düngung. Dabei wird der komplexe und dynamische Zusammenhang zwischen Pflanzenwachstum, N-Dynamik im Boden und betriebsindividuellen Bewirtschaftungsfaktoren nur teilweise abgebildet. Ansätze, bei denen die N-Aufnahme durch die Pflanzenbestände und die N-Nachlieferung im Boden zusätzlich zu Satellitenkarten mit einem Modell abgeschätzt werden, bergen das Potenzial die N-Düngung noch weiter zu optimieren.

Während die Erstellung einfacher Applikationskarten oft unentgeltlich angeboten wird, entstehen an anderer Stelle Kosten für elektronische Regelungseinheiten, Softwarelizenzen oder die Erstellung sowie Auswertung komplexerer Karten.

 

Das untersucht unser Projekt

Schwierig wird es, wenn es darum geht, den Effekt der kleinräumigen Bewirtschaftung schlagspezifisch zu beziffern. Denn neben Standortbedingungen sind auch das lokale Wetter und die betriebsindividuelle Bewirtschaftung wichtige Einflussfaktoren. Hinzu kommt, dass bei Mähdruschfrüchten der Kornertrag und nicht der - über spektrale Indizes ermittelte - Biomasseertrag entscheidend ist. Der Einsatz von N-Düngern wird gesetzlich immer stärker beschränkt, gleichzeitig steigt das Niveau der Düngemittelpreise immer weiter. Neben der ausschließlichen Betrachtung des Ertrags ist es daher entscheidend, eine hohe N-Effizienz zu erzielen. Die N-Effizienz gibt an, wieviel kg Ertrag durch ein kg N-Dünger erzeugt wird.

Parzellenversuche können den Effekt der teilflächenspezifischen Düngung nicht hinreichend abbilden, da innerhalb einer Parzelle annähernd homogene Bedingungen vorliegen.

In unserem 2020 gestarteten, EU-finanzierten Projekt Precise Nitrogen untersuchen wir in Großflächenversuchen, welches teilflächenspezifische N-Düngesystem am besten in der Lage ist, auf heterogene Standortbedingungen zu reagieren. Vier Praxisbetriebe im Raum der LWK-Bezirksstelle Braunschweig haben in diesem Rahmen 2020/21 Versuchsflächen angelegt. Neben der LWK Niedersachsen sind die Abteilung Agrartechnik der Georg-August-Universität Göttingen, das Forschungszentrum für landwirtschaftliche Fernerkundung des Julius-Kühn-Instituts, das Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e.V. und das Göttinger Startup Agvolution GmbH involviert.

 

So ist der Versuchsaufbau

Um eine Vergleichbarkeit der Versuche zu gewährleisten, beschränken wir uns im Projekt zunächst auf den flächenmäßig bedeutsamen Weizenanbau nach Blattfrüchten. Auf Streifen von je einer Spritzbreite wird die N-Düngung nach verschiedenen Verfahren durchgeführt (Abbildung 1).

Die N-Düngung erfolgt auf allen Versuchsflächen mit AHL über die Pflanzenschutzspritze. So ist eine flächenscharfe Abgrenzung von einzelnen Düngevarianten möglich.

Anlage von vier Düngevarianten von je einer Dünge-/Spritzbreite
Anlage von vier Düngevarianten von je einer Dünge-/SpritzbreiteLinda Tendler

 

Folgende Varianten werden angelegt:

  • Variante „UniD“ (orange): In der Standardvariante wird die nach Düngeverordnung maximal mögliche N-Düngermenge in drei gleichmäßig verteilten Gaben appliziert. (uniforme Menge teilflächenunabhängig)
  • Variante „Satellit“ (gelb): In dieser Variante bleibt die insgesamt applizierte N-Düngermenge zwar gleich, aber die Verteilung wird unter Nutzung von aktuellen Satellitenbildern angepasst. Die bei der Schossgabe schwächeren Bereiche werden etwas stärker gedüngt, um den Bestand zu homogenisieren. Bei der dritten Gabe zu EC 37/39 werden hingegen stärker entwickelte Bereiche auch höher gedüngt, um eine ausreichende N-Versorgung während der Kornfüllungsphase zu gewährleisten. Wir verwenden in dieser Variante den in der Praxis weitverbreiteten „Normierten Differenzierten Vegetationsindex“ (NDVI).
  • Varianten „Ökosystemmodell“ (grün und blau): In diesen Varianten wird die teilflächenspezifische N-Düngeempfehlung aus einem Simulationsmodell abgeleitet. Das Modell nutzt zusätzlich zu den Luftbildern weitere verfügbare Datenquellen, um Pflanzenwachstum und Stickstoffdynamik im Boden zu berechnen. Dazu zählen vorhandene Informationen zum Boden, vegetationsbegleitende Boden- und Pflanzenuntersuchungen und Angaben zum betrieblichen Management wie u.a. Sortenwahl oder Saattermin (Abbildung 2). Künftig sollen auch Mikroklimadaten (Bodentemperatur und -feuchte) durch Sensoren erfasst werden und ebenfalls in das Modell einfließen.

In einer der Modellvarianten wird einzig die Verteilung der N-Düngung nach Modellergebnissen verändert (grün), in einer zweiten variiert das Modell zusätzlich die Höhe der Düngung (blau).

In der Variante „Modell“ fließen verschiedene Informationen in die Berechnung der Düngeempfehlung ein.
In der Variante „Modell“ fließen verschiedene Informationen in die Berechnung der Düngeempfehlung ein.Linda Tendler

Das ist uns besonders wichtig

Wir haben vorab darauf geachtet, heterogene Schläge an verschiedenen Standorten einzubeziehen. Unter den fünf ausgewählten Versuchsstandorten der vier Projektbetriebe befinden sich sandige, tonige und lehmige Schläge, die in sich stark heterogen sind.

Auch legen wir Wert darauf, die Versuche unter Praxisbedingungen anzulegen. Bodenbearbeitung, Aussaat und Pflanzenschutz erfolgen betriebsüblich; gedüngt und geerntet wird mit der jeweils vorhandenen Technik.

Weiterhin ist es uns wichtig, mit ungeglätteten Rohdaten zu arbeiten. Die Maschinenhersteller bieten oft die Erfassung und Auswertung von Düngungs- und Erntedaten mittels firmeninternen Algorithmen an. Im Projekt bereiten wir die Rohdaten hingegen selbst auf. So ist es uns möglich, die Art der Datenbereinigung, also beispielsweise die Elimination von Extremwerten, und die anschließende statistische Analyse selbst nachzuvollziehen.

Das ist bis jetzt herausgekommen

Die Maschinendaten zu Düngung und Ertrag des ersten Versuchsjahres zeigen einen großen Einfluss der Teilflächen auf die erzielte N-Effizienz (Abbildung 3). Der Effekt der Teilflächen ist bisher bedeutsamer als der Effekt der Düngevarianten.

Abbildung 3: Stickstoffeffizienz in kg Ertrag pro kg Dünger-N
Abbildung 3: Stickstoffeffizienz in kg Ertrag pro kg Dünger-NLinda Tendler

Zwischen den einzelnen N-Düngevarianten gibt es im Erntejahr 2021 eine große Variationsbreite in Bezug auf die erzielte N-Effizienz, jedoch keinen statistisch signifikanten Unterschied. Das heißt, dass in diesem Versuchsjahr keines der Düngesysteme, in dem die N-Verteilung variabel gestaltet ist, besser abschneidet als eine über den gesamten Düngestreifen einheitliche Düngung.

Allerdings gibt es in Großflächenversuchen naturgemäß eine große Variation, die den Effekt der N-Düngesysteme überlagern kann. Aufgrund des relativ kleinen Datensatzes (fünf Versuchsflächen) bleibt ein Vergleich der Varianten über mehrere Jahre und auf möglichst vielen Standorten abzuwarten, bevor eine eindeutige Aussage getroffen werden kann. Denn anders als im kontrollierten Parzellenversuch unterscheiden sich die Großflächenversuche in Bezug auf den Standort und das betriebliche Management. Dieser Effekt lässt sich minimieren, indem möglichst viele Daten auf möglichst vielen weiteren Schlägen gesammelt werden.

Weiterhin konnten wir feststellen, dass die von den Schlepperterminals aufgezeichnete Ist-Düngung teils erhebliche Abweichungen zur geplanten Ausbringmenge in der von uns gewählten Auflösung aufweist. Vermutlich war die Struktur der Applikationskarten zu kleinteilig, sodass die Mengenregelung der Spritze die Zielmengen nicht schnell genug anpassen konnte.

Das haben wir noch vor

Wir werden in einem zweiten Versuchsjahr 2021/22 erneut Großflächenversuche an verschiedenen Standorten anlegen, um einen größeren, aussagekräftigeren Datensatz zu erhalten. Ob sich die Ergebnisse des ersten Versuchsjahres bestätigen, bleibt abzuwarten.

Unsere im Projekt gesammelten Erfahrungen werden wir in einem Leitfaden für landwirtschaftliche Betriebe zusammenstellen.

Das Projekt Precise Nitrogen wird im Rahmen der Europäischen Innovationspartnerschaft „Produktivität und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft“ (EIP Agri) gefördert.

  

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Kontakte

Linda Tendler
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Projekte zum Nährstoffmanagement

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