Präzision in der Ausbringung
Mittels historischer Daten werden aus Informationen zum Ertrag, Pflanzenaufwuchs und verfügbarer Bodennährstoffe Vorgaben für die teilflächenspezifische Anwendung von Saatgut, Dünger, Pflanzenschutzmitteln und für die Bewässerung abgeleitet. Die Aufwandsmengen pro Einheit werden in sogenannte Ausbring- oder Applikationskarten dargestellt und können an den Traktor übergeben werden.
Die verschiedensten Applikationskarten stellen sogenannte Zonen innerhalb des Feld dar, mit dem Ziel konformer Bodenbearbeitung und Aussaat oder bedarfsgerechter Pflanzenbehandlung und optimierter Ernte zu ermöglichen. Es können dabei Kriterien je Zone hinterlegt werden, die festlegen wieviel Dünger oder Saatgut innerhalb der Zonen ausgebraucht werden soll, wie tief das Saatgut abgelegt wird oder wieviel an unterschiedlichen Stellen geerntet wurde. Die Steuerung der Maschinen zur Regulierung der Ausbringmengen erfolgt optimalerweise über ISOBUS.
Der Nutzen des Einsatzes hat unter anderem positive Umweltaspekte, z.B. wenn Stickstoffdünger nicht durch Pflanzen aufgenommen wird, kann das Grundwasser gefährdet werden oder als Treibhausgas das Klima beeinflussen und allgemein Folgen auf die Landschaftsqualität haben.
Mittlerweile gibt es immer mehr Dienste, die Applikationskarten zur Verfügung stellen, allerdings ist oftmals die Anschaffungen der fähigen Maschinen relativ teuer und die technischen Lösungen sind anspruchsvoll (z.B. ISOBUS-fähige Maschinen).
Die Basis der Applikationskarten können unterschiedlicher Herkunft sein:
Der Sentinel-2 der ESA gehört zu den vier in jüngster Zeit auf eine Umlaufbahn gebrachten Erdbeobachtungssatelliten. Zur Ausstattung gehört eine hochauflösende Multispektralkamera. Die Daten stehen der Agrarbranche kostenfrei zur Verfügung.
Fernerkundung in der Landwirtschaft
Die Techniken des Precision Farming d.h. der datengestützten Präzisionslandwirtschaft, gewinnen seit einigen Jahren immer mehr an Bedeutung. Insbesondere für die teilflächenspezifische Bewirtschaftungsmethoden auf Basis der Nutzung von Applikationskarten für eine dem Bedarf der Pflanzen angepasste Ausbringung von Betriebsmitteln bei gleichzeitiger Vermeidung von Überdüngung.
Mit der hochauflösenden Geofernerkundung durch die Sentinel-Satelliten der ESA stehen kontinuierlich und kostenfrei umfangreiche Agrarinformationen (bereinigte Rohdaten) zur Verfügung. Unternehmen entwickeln daraus innovative Serviceangebote für Landwirte. Neue Satellitentechnologien und Auswerteverfahren können Informationen zur Nutzungsart und -intensität, zum Zustand und zu Eigenschaften von Böden flächendeckend und räumlich hochaufgelöst bereitstellen.
Bis zum Jahr 2020 wird die ESA zehn Satelliten für Erd- und Umweltbeobachtungen, die sogenannten "Sentinels", in Betrieb nehmen. Innerhalb dieser Satellitenflotte sind für die Landwirtschaft insbesondere die vier Satelliten: Sentinel 1A /1B (Radar) und Sentinel 2A/2B (Optik) sehr interessant. Diese zwei Satellitenpaare überqueren die Schweiz mit einer Wiederholrate von ca. 5 Tagen. Eine Umlaufdauer beträgt ca. 90 Minuten. Die räumliche Auflösung beträgt 10x10 Meter, das heisst die Pixelgrösse und damit erkennbare Unterschiede im Feld beschränken sich auf diese Quadratgrösse. Um verwertbare Daten zu erhalten ist mind. für die optischen Satelliten ein nahezu wolkenfreier Himmel erforderlich. Daraus ergeben sich der folgenden Nutzen für die Landwirtschaft:
- bedarfsgerechte Bewirtschaftung (Düngung, Pflanzenschutz, Bewässerung)
- Erntezeitraum und Biomasseschätzung
- Schadensschätzung z.B. Kulturschäden durch Unwetter (Sturm, Überschwemmung)
- Schäden durch Frost oder Dürre
Das will heissen Satellitenbilder alleine zeigen Unterschiede auf, liefern jedoch noch keine Erklärungen für die Ursachen der Unterschiede. Über die ESA sind die Bilder der Sentinel-Satelliten frei zugänglich über den sentinel-hub.
Allerdings liegen sie in Rohdaten vor und müssen noch bearbeitet werden. Es gibt verschiedene Anbieter und Dienstleister und nachfolgend sind einige dieser Anbieter aufgeführt, die Services anbieten zur Nutzung von pflanzenbauliche Fernerkundung
- Next Farming (Applikationskartencenter)
- Barto (365FarmNet Baustein «CLAAS Crop View»)
- One Soil Scouting
- Agricircle
- My Data Plant
- Solorrow
- Climatefieldview
- Vantage Agrometius applikationskarten.de/ CropSAT
- EOS Crop Monitoring
- BASF Digital Farming GmbH (xarvio™ FIELD MANAGER)
- atfarm @ Yara Digital farming
- KWS SAT TS Monitoring
- CropSAT
Der Einsatz von Drohnen in der Landwirtschaft ist heute bereits gängige Praxis. Es ist möglich Applikationskarten für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung zu erstellen. Mit einer Drohne werden Bestandsaufnahmen aus der Luft gemacht, damit Problemzonen, Mängel oder Schäden früher erkannt werden können. Gegenüber Satellitenbilder hat es den Vorteil das tagesaktuelle Applikationskarten erstellt und unabhängig der Bewölkung gemacht werden können.
Für die Einsatzgebiete zum Beispiel N-Düngung, Wachstumsregler oder Pflanzenschutzmassnahmen lassen sich aktuelle Biomasse- und Applikationskarten erstellen. Mittlerweile können Karten direkt im Feld erzeugt werden und somit kurzfristig zur Verfügung gestellt werden.
Es gibt hier Komplettanbieter für Drohnenüberflüge oder es können auch eigenständig mit einer qualitativ guten handelsüblichen Drohne Aufnahmen erzeugt werden. Empfohlen ist jedoch der Einsatz einer Anwendungssoftware, welcher die Flugbahnen des entsprechenden Feldes plant.
Zu beachten beim Drohneneinsatz sind ebenfalls die gültigen Regeln und gesetzlichen Vorgaben in Bezug auf Versicherung; Flugverbote und Flugzulassungen. Die aktuelle Informationen sind hier nachzulesen: Bundesamt für Zivilluftfahrt
Anbieter von Drohnendiensten:
Software für Auswertung
- Pix4D
- DroneDeploy
- Feldpixel pro (von Helm)
- SGIS pro (von fieldwork.ch)
Ertragskartierung
Ertragskarten zeigen, an welcher Stelle des Schlages wie viel geerntet wurde. Diese Informationen sollen die Basis für eine gezielte Ursachenforschung und eine Entscheidungsgrundlage für zukünftige Bewirtschaftungsmassnahmen liefern.
Der Ernteertrag auf dem Feld ist meistens nicht an allen Stellen gleich. Ursachen für Ertragsunterschiede innerhalb eines Schlages sind einerseits natürliche Faktoren wie der Boden und andererseits Folgen von Bewirtschaftungsmassnahmen wie z.B. Bodenverdichtung durch immer schwereren Maschinen, Nährstoffmangel oder Drainageprobleme. Die Ertragskartierung deckt diese oft erstaunlich grossen Ertragsunterschiede innerhalb der Flächen auf und stellt sie in Karten dar. Aus der Ertragskarte ist abzulesen, welche Zonen welchen Ertrag gebracht haben und wie stark sich die Bereiche innerhalb eines Schlages unterscheiden. Besonders das Auswerten der Erträge über mehrere Jahre hinweg hilft dabei, Zonen mit unterschiedlichen Ertragspotenzialen zu erkennen.
Durch entsprechende Sensoren im Auslaufrohrsystem der Maschinen werden Mengen und Feuchtigkeit georeferenziert ermittelt.
Die Verwendung dieser Karten hat auch seine Grenzen:
- Der Unterschied der einzelnen Jahre durch Wetter und Naturgewalten ist hat häufig den grössten Einfluss
- Dadurch heben sich die Ertragsmuster zum Teil gegenseitig auf
- aufgrund vieler Einflussfaktoren auf den Ertrag lässt sich aus Vergangenheitswerten schwer auf das aktuelle Jahr referenzieren
Daher empfiehlt es sich für pflanzenbauliche Massnahmen den aktuellen Pflanzenaufwuchs zu beurteilen.
Optischer Pflanzensensor
Bei diesem Verfahren kommen Multispektralkameras zum Einsatz, welche durch Reflexion des ausgesendeten Lichtes der im Visier befindlichen Pflanzen den Grünanteil (Chlorophyll) der Pflanze erfasst. Daraus wird der Vegetationsindex IRMI berechnet, der die momentane Stickstoffversorgung der Pflanzen wiedergibt. Das System misst die N-Menge, die die Pflanze bis zu dem Zeitpunkt bereits aufgenommen hat, vergleicht diese mit dem Soll-Wert des aktuellen EC-Stadiums und ermittelt so die fehlende bzw. auszugleichende Nährstoffdifferenz. Die mögliche Anwendungsgebiete sind:
Düngung
- Ausgleich der Biomasse (schwache Bereiche Bestand fördern)
- Qualität Biomasse (starke Bereiche Bestand fördern)
Pflanzenschutz
- Wachstumsregler (schwacher Bestand weniger behandeln)
- Fungizid (dichter Bestand stärker behandeln, dünner Bestand weniger behandeln)
Auf dieser Basis wird der ISOBUS-fähige Düngerstreuer oder Pflanzenschutzspritze gesteuert und bringt die erforderlichen und bedarfsgerechte Menge aus.
Leistungsaufnahme auf Karte sichtbar
Die aufgenommene Leistung des Traktors bei Feldarbeiten werden georeferenziert erfasst und in einer Karte dargestellt. Die Information zeigt die unterschiedlichen Kraftaufwendungen innerhalb einer Parzelle, welche für weitere Entscheidungen verwendet werden kann. Somit können folgende Anwendungen an eine aktuelle Situation des Bodens entsprechend angepasst werden.
Georeferenzierte Bodenbeprobung
Um sicherzustellen, dass die Probenahme repräsentativ und innerhalb der Grenzen der Teilfläche stattfindet, ist es erforderlich, die Beprobungslinien bereits vor der Beprobung festzulegen. Damit ist auch gewährleistet, dass die Wiederholung der Probenahme z. B. im Turnus einer Fruchtfolge entlang derselben Beprobungslinie oder Beprobungspunkte erfolgen kann und eine Vergleichbarkeit gegeben ist.
Bodenleitfähigkeit
Unterschiedliche Methoden und Verfahren erlauben die Messung der Leitfähigkeit des Bodens. Damit soll ein Rückschluss gemacht werden auf Verdichtung und Wassersättigung des Bodens.
EM 38 Leitfähigkeitsmessung
Die EM-38 Messung ist ein elektromagnetisches Induktionsverfahren, welches u.a. zur Ermittlung und Kartierung von Zonen mit gleichen Bodeneigenschaften, v.a. bei (stark) heterogenen Böden, eingesetzt wird. Weiterhin dient sie als Grundlage zur Bildung der Zonen innerhalb der Parzellen
Top Soil Mapper
Mit dem Topsoil Mapper soll es möglich sein Inhomogenität im Boden grossflächig und kontaktlos zu erfassen und Bodenparameter wie Bodenart, Wassersättigung und Verdichtung auf Basis elektromagnetischer Induktion, flächendeckend zu kartieren.
Bodenkarte
Für eine standortangepasste und schonende Bewirtschaftung ist die Kenntnis der Bodeneigenschaften eine wichtige Voraussetzung. Bodenkarten geben Auskunft über die Eigenschaften und über die räumliche Verteilung der Böden. Die Bodenkarten geben Auskunft über den Bodentyp, Wasserhaushalt, pflanzennutzbare Gründigkeit und Körnung.
Das Geoportal zeigt dazu eine Darstellung der Bodeneinheiten, Bodenprofile und Horizonte in Landwirtschaftsgebieten des Kantons St.Gallen (Bodenkarte). Für Waldgebiete liegen keine Daten vor. Erstellt auf der Basis analoger Kartengrundlagen der FAL (Agroscope Reckenholz) und Auswertung zugehöriger Bodenprofile, die im Zeitraum 1960 - 1995 sowie 2013 - 2015 erhoben wurden.
Höhenkarte
QGIS
QGIS ist ein Geoinformationssystem zum Betrachten, Bearbeiten und Erfassen von räumlichen Daten und steht als open source kostenfrei zur Verfügung.
Die generierten Applikationskarten werden als Shapefiles (.shp) zur Verfügung gestellt und können unterschiedlich verwendet werden. Besitzt der Traktor ein ISOBUS-Terminal mit „Task Controller geo-based“ (TC-GEO) Funktionalität, kann beispielsweise eine Düngekarte geradewegs auf das Terminal, sofort einsatzbereit übertragen werden. Für den Fall, dass kein derartiges Terminal zur Verfügung steht, wird eine Android-Applikation für Smartphones und Tablets entwickelt.
paint.t3rra
T3RRA Design ist hauptsächlich für Nivellierung von Gelände konzipiert. Es arbeitet zusammen mit John Deere Applikationen
Entstehung einer Applikationskarte
Die Böden in unserem Gebiet sind in der Gründigkeit und der Wurzelzone selbst innerhalb eines Feldes sehr unterschiedlich. Somit ist der Nährstoffanteil im Boden und das daraus resultierender Ertragspotential binnen weniger Schritte unterschiedlich. Hier kommt die teilflächenspezifische Bewirtschaftung zum Tragen.
Verschiedene Technologien aus Hyper- und Multispektral-Aufnahmen liefern Auswertungen, die Rückschluss über das Potential an Pflanzenertrag liefern. Daraus erfolgt eine Zonierung der Parzellen. Ergänzt um weitere Informationen von Bodenanalysen und das Wissen des Bewirtschafters können Strategien der Bewirtschaftung aufgesetzt werden und so entsprechend die Applikationskarten erstellt werden.
Spezialwissen rund um Applikationskarten
Spektroskopie
Multi- und Hyperspektral-Technologie
Die Sensoren arbeiten mit Sonnenlicht, das von der Erdoberfläche zurückgeworfen wird. Es ist ein passives Aufnahmeverfahren der Fernerkundung. Spektral-digitale Aufnahmesysteme nehmen das von der Erde reflektierte Sonnenlicht nach Wellenlängen getrennt in sogenannten Aufnahmekanälen auf. Das bedeutet, dass die Aufnahmesensoren für verschiedene Bereiche des Lichts jeweils einen Aufnahmekanal besitzen. Multispektrale Fernerkundungssensoren besitzen dabei jeweils einen Kanal für das rote, grüne und blaue und dann noch bis zu 10 zusätzlich Spektralkanäle. Hyperspektral Kameras arbeiten in Bereiche zwischen 10 und mehreren hundert Spektralkanälen und erklärt damit den hohen Preis dieser Geräte.
Satellitenbilder werden in ein Raster umgewandelt, die in Spalten und Zeilen angeordnet sind. Die einzelnen Zellen in einem solchen Raster werden zu den Pixeln. Die Werte geben die Intensität des von der Erde reflektierten Lichts wieder. In einem weiteren Verfahren
werden den verschiedenen Wellenlängenbereichen (= Kanäle) bestimmte Farben zugewiesen, das zu den entsprechenden Farbbildern führt.
NDVI
Der Vegetationsindex ist ein Wert welcher auf Basis der Messung der Reflexion des Lichtes der Erdoberfläche oder dessen Pflanzenbewuchses ermittelt zum Sensor hin (z.B. Satellit) ermittelt wird. Mit Hilfe eines Vegetationsindex lassen sich schnell mit Vegetation bedeckte Bereiche auf der Erdoberfläche und deren Beschaffenheit identifizieren. Nun geht es darum durch Unterschiede in der Rückstrahlung (Reflexion) den Zustand einer Pflanze zu erkennen.
NDVI steht für "normalized difference vegetation index" (auch „normalized density vegetation index), das heisst „normalisierter differenzierter Vegetationsindex“. Er ist aktuell der am häufigsten angewandte Vegetationsindex und wird u.a. auf der Basis von Satellitenbilddaten errechnet.
Gesunde Pflanzen reflektieren im sichtbaren Spektralbereich (RGB) relativ wenig, im Infrarot-Bereich (IR) dagegen relativ viel Strahlung. Das heisst, je gesünder eine Pflanze ist, desto höher ist die Reflektion im nahen Infrarotbereich (NIR). Diese beiden Spektralbereiche werden in Relation zu einander gesetzt. Boden oder auch abgereifte Pflanzen zeigen dagegen keinen deutlichen Unterschied des Reflexionsgrades beider Bereiche. Messungen dieser Spektralbereiche mithilfe von Sensoren meteorologischer Satelliten lassen es daher zu, mit Vegetation bedeckte Bereiche auf der Erdoberfläche von unbedeckten Flächen zu unterscheiden. Zudem lassen sie Rückschlüsse auf die photosynthetische Aktivität, Vitalität sowie die Dichte der Vegetationsdecke zu.
GNDVI
GNDVI = grüner normalisierter Differenzvegetationsindex. Es ist ähnlich wie NDVI, ausser dass anstelle des roten Spektrums das grüne Spektrum im Bereich von 0,54 bis 0,57 Mikrometer gemessen wird. Dies ist ein Indikator für die photosynthetische Aktivität der Vegetationsdecke. Es wird am häufigsten zur Beurteilung des Feuchtigkeitsgehalts und der Stickstoffkonzentration in Pflanzenblättern anhand multispektraler Daten verwendet, die keinen extremen roten Kanal aufweisen. Im Vergleich zum NDVI-Index ist es empfindlicher gegenüber der Chlorophyllkonzentration. Es wird zur Beurteilung der depressiven und gealterten Vegetation verwendet.
ENDVI
ENDVI enthält zusätzlich zu NIR und Rot einen Vergleich von grünem und blauem Licht, um ein empfindlicheres Ergebnis zu erzielen. Dies isoliert die Indikatoren für die Pflanzengesundheit und kann verwendet werden, um das Vorhandensein und die Gesundheit einer Kultur zu bewerten.
EVI
EVI = erhöhter Vegetationsindex. Entwickelt, um den NDVI durch Optimierung des Vegetationssignals in Gebieten mit einem hohen Blattflächenindex (LAI) zu verbessern. Der Index verwendet den blauen Reflexionsbereich, um Hintergrundsignale im Boden zu korrigieren und atmosphärische Effekte, einschliesslich Aerosolstreuung, zu reduzieren. Am nützlichsten in Regionen mit hohem LAI, in denen NDVI gesättigt sein kann. Die EVI-Werte sollten für Vegetationspixel zwischen 0 und 1 liegen. Es wird verwendet, um die Variabilität der Pflanzenentwicklung sowohl bei dichter Vegetationsbedeckung als auch bei spärlicher Vegetation zu bewerten.
ISOBUS ist ein Standard, das den Austausch von Daten und Informationen zwischen Traktoren und Anbaugeräten dank einer universellen Sprache ermöglicht. Dabei werden die einzelnen Hydraulikzylinder oder Elektromotoren nicht mehr durch Hebel oder Schalter im Schlepper einzeln angesteuert, sondern es werden über ein einziges Kabel Befehle zum Gerät geleitet. Dort sitzt ein kleiner Computer, der so genannte „Jobrechner“, der die Befehle empfängt und am Gerät die notwendigen Hydraulikventile steuert oder Elektromotoren startet.
ISOBUS in Kurzform:
- Kommunikationsstandard zwischen allen Systemkomponenten (Traktor, Gerät, Universalterminal) (ISO-Norm: 11783)
- Gründung des Competence Centers ISOBUS (CCI) in 2009 durch 6 Hersteller mit dem Ziel gemeinsam ISOBUS-Lösungen zu entwickeln
- Aufbau von Schnittstellen für den Datenaustausch und Anschluss von Geräten
- Softwareanwendungen können in die CCI-Terminals hochgeladen werden mit kundenspezifischen Einstellungen
- Verfügbarkeit von Apps für Teilbreitenschaltung, Dokumentierung, Mengenverstellung
Nutzen von ISOBUS
- optimale Einstellung des Arbeitsgerätes: Anzeige von Einstellwerten mit der Möglichkeit der Änderung, Speicherung, und erneut aufzurufen.
- einfachen Handhabung und Bedienung: zwischen Schlepper und Gerät sind nicht mehr unendlich viele Kabel und Hydraulikschläuche zu kuppeln sondern nur noch eine Druckleitung und ein druckloser Rücklauf sowie ein BUS-Kabel, über das der Strom und die Befehle zum Gerät geleitet werden.
- verschiedene Funktionen am Gerät können vom Traktorsitz aus während der Fahrt bedient werden
- Verfügt der Schlepper über ein BUS-Terminal, entfallen auch die einzelnen Bedienboxen für jedes Gerät. Das Terminal erkennt das angeschlossene Gerät automatisch.
Die wichtigsten ISOBUS-Module
AEF ISOBUS Datenbank
Mit wenigen Mausklicks können Nutzer prüfen, welche Funktionalitäten ein bestimmtes Produkt unterstützt. Ebenso ist abrufbar, welche Funktionalitäten eine bestimmte Kombination aus Traktor, Terminal und Anbaugerät unterstützt.
Tractor Implement Management - Das Gerät steuert den Traktor
TIM (auf Deutsch: Traktor-Geräte-Management oder Gerät-steuert-Traktor) ist eine produkt- und herstellerübergreifende ISOBUS Lösung der Landtechnikindustrie, bei der das Anbaugerät bestimmte Traktorfunktionen steuern kann. Der Schlüssel für diese neue Technologie ist die Nutzung der Vorteile des Gesamtsystems, bestehend zum Beispiel aus Traktor und Gerät
Während bei anderen Lösungen ausschliesslich der Traktor das Anbaugerät steuert, sprechen Experten bei TIM von einer bidirektionalen Kommunikation, also einem Austausch, bei dem Daten in beide Richtungen übertragen werden. Das bedeutet: Mithilfe von TIM kann ein Anbaugerät automatisch bestimmte Funktionen des Traktors steuern – zum Beispiel übernimmt beispielsweise der Ladewagen die Steuerung der Traktorgeschwindigkeit. Er bestimmt die optimale Arbeitsgeschwindigkeit für die Aufnahme des Materials, abhängig von verschiedenen Parametern wie z.B. dem Schwadvolumen.
