Projekt 11374/01

Geophysikalische Kennwerte zur Kennzeichnung landwirtschaftlicher Flächen für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung

Projektdurchführung

Universität Potsdam Institut für Erd- und Umweltwissenschaften Arbeitsgruppe Angewandte Geophysik
Karl-Liebknecht-Str. 24 - 25 // Haus 27
14476 Golm

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Landwirtschaftliche Maschinen sind in der Lage, Dünger und Pflanzenschutzmittel fein dosiert auszubringen und die Ausbringmenge innerhalb eines Schlages nach einer Vorschrift (Applikationsdatei) zu ändern. Zur optimalen Nutzung dieser technischen Möglichkeiten , sind objektive Messgrößen zur Erstellung einer Applikationsdatei notwendig. Insbesondere die Bodenfeuchte ist von Bedeutung für die verschiedensten Entscheidungen, Das Ziel des Projektes besteht darin, das methodische Instrumentarium der Geowissenschaften für die Nutzung der landwirtschaftlichen Betriebe zu erschließen, um die Bodeneigenschaften kleinräumig und effektiv erfassen zu können. Damit soll ein Einfluss auf die Düngemittelausbringung ermöglicht und somit Überdüngungen vermieden werden. Ziel ist es, Boden und Grundwasser zu schützen. Mit Hilfe von geophysikalischen Verfahren sollen Daten in engem Raster flächenhaft und schnell ermittelt werden. Diese sollen Aufschluss über den Zustand des Bodens geben und als Steuergrößen für eine nachfolgende Bearbeitung dienen. Unter Beachtung der Bodenfeuchte kann überschüssiges Düngen vermieden werden, was neben dem ökonomischen Effekt auch zu einer Entlastung der Umwelt führt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAus den Voruntersuchungen ist zu erwarten, dass die geoelektrischen und elektromagnetischen Verfahren am günstigsten für die Lösung der Aufgabe- die engmaschige Erkundung landwirtschaftlicher Flächen und die Bereitstellung von aktuellen Steuerdaten für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung - geeignet sind. Daher werden diese vorrangig auf ihre Einsetzbarkeit geprüft.
Durch wiederholte geophysikalische Kartierung von Versuchsflächen mit bekannten landwirtschaftlichen Aktivitäten zu unterschiedlichen Jahreszeiten und durch die gleichzeitige punktuelle Beprobung für chemische und bodenphysikalische Untersuchungen ist der Grad der Korrelation zu bestimmen. Die Bestimmung der Zusammenhänge zwischen den geophysikalischen und den landwirtschaftlichen Kenngrößen soll durch Feld- und Labormessungen erfolgen:


Ergebnisse und Diskussion

Zum jetzigen Zeitpunkt kann die Einbeziehung der Kartierung der elektrischen Leitfähigkeit in die teilflächenspezifische Landwirtschaft befürwortet werden. Es hat sich gezeigt, dass erwartungsgemäß die elektrische Leitfähigkeit relativ gut mit der Textur und der Bodenfeuchte korreliert. Auf allen untersuchten Testflächen konnten mit Hilfe der elektromagnetischen flächenhaften Kartierung Strukturen im Boden nachgewiesen und Gebiete ähnlicher Bodeneigenschaften abgegrenzt werden. Auf sowohl sandigen als auch lehmigen Böden wurden elektrische Leitfähigkeitsverteilungen kartiert und landwirtschaftlich interessierenden Größen wie Bodenfeuchte, Gehalt an organischer Bodensubstanz, Textur, Luftbildern, Ertragskarten usw. gegenübergestellt. Die elektrische Leitfähigkeit bildet in erster Linie die Textur ab. Da an die Textur wesentlich die Bodenfeuchte und die Fruchtbarkeit gebunden sind, lässt sich auch zu diesen Größen ein Zusammenhang herstellen.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass sowohl elektromagnetische als auch gleichstromgeoelektrische für die Kartierung der Heterogenität großer landwirtschaftlicher Flächen geeignet sind. Geräte wie EM38, GEM300, VERIS und Soil doctor sind auf dem Markt. Mit ihrer Hilfe können die Inhomogenitäten, die innerhalb eines Schlages auftreten, lokalisiert werden. Es kann aus heutiger Sicht keine eindeutige Empfehlung für die eine oder andere Meßmethode gegeben werden. Der wesentliche Vorteil des von uns eingesetzten EM38 besteht darin, dass es berührungslos arbeitet und somit zu allen Jahreszeiten einsetzbar ist.
Da verschiedene Ursachen für die Differenzierungen in den elektrischen Eigenschaften verantwortlich sein können, sind gezielte Probenahmen nicht ganz unerlässlich. Während ohne geophysikalische Kartierungsmethoden enge Proberaster und Laboruntersuchungen notwendig sind, kann man durch eine Kopplung beider Methoden die Zahl der Proben erheblich reduzieren und ganz gezielt Lokationen innerhalb von Anomalien untersuchen.
Es ist festzustellen, dass geophysikalische Messwerte als Zwischenglied zwischen der großmaßstäbigen Datenaufnahme über Luftbilder und der punktuellen Beprobung einen wertvollen Beitrag bei der Erstellung von Applikationsdateien für die Teilflächenbewirtschaftung darstellen. Einmalig durchzuführende Leitfähigkeitskartierungen können als Grundinventur genutzt werden. Im Zusammenhang mit gezielten Bohrstockproben können die Karten der Leitfähigkeitsverteilung in Bodenkarten umgesetzt werden und die aus der Reichsbodenschätzung bekannten Karten bzgl. der räumlichen Variabilität der Schläge wesentlich präzisieren.
Das Potential der Geophysik für die Landwirtschaft ist allerdings mit elektrischen Leitfähigkeitskartierungen noch nicht erschöpft. Die Frage nach der vertikalen Gliederung der Erdschichten auch im oberflächennahen Bereich wird immer wieder gestellt. Verfahren wie das Georadar und die Gleichstromgeoelektrik in Form von Pseudosektionen können hier wertvolle Beiträge leisten und eine Unterteilung in 2 - 3 Schichten für die obersten 1-2 m vornehmen. Auch hierfür sind erste Testmessungen erfolgreich abgeschlossen worden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Poster auf den Jahrestagungen der Geophysiker, Präsentationen in der Landwirtschaft (Feldtag in Kassow und in Golzow), Vorträge und Veröffentlichungen auf Workshops zu Precision Farming

Es ist geplant, die Arbeiten in Form eines Pilotprojektes Einführung geophysikalischer Messverfahren zur Ermittlung von Bodenkennwerten für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung in der KSG Agrargesellschaft mbH Kassow fortzusetzen.


Fazit

Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Geophysik einen wesentlichen Beitrag zur Ermittlung der Heterogenitäten landwirtschaftlicher Nutzflächen leisten kann. Eine einmalige Kartierung der Flächen im Rahmen einer Grundinventur liefert Informationen über die Differenzierung innerhalb der Schläge. Damit wird die Lücke zwischen den derzeit hervorragenden technischen Möglichkeiten der Landwirtschaft und der teilweise zaghaften Umsetzung der Teilflächenspezifischen Bewirtschaftung infolge mangelnder Kenntnisse über die Heterogenität des Bodens teilweise geschlossen.