Projekt 23382/01

Verbundprojekt: Neue internetgestützte Wege zur Optimierung der StickstoffdüngungTeilprojekt: Bestandesmonitoring und Modellierung von Bestandesparametern

Projektdurchführung

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Agrar- und Ernährungswissenschaftl. Fakultät Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung - Abt. Acker- und Pflanzenbau -
Hermann-Rodewald-Str. 9
24118 Kiel

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das beantragte Projekt verfolgt dass Ziel, durch Bestandesmonitoring und Simulationsmodellierung vegetationsbegleitend Informationen über die Dynamik von Bestandesparametern in Winterweizen und Winterraps zu gewinnen und diese Nutzern der Internetplattform ISIP zum Zweck der Stickstoffdüngungsberatung zur Verfügung zu stellen.
Anlass des Vorhabens ist die nach wie vor geringe Stickstoffeffizienz in ackerbaulichen Produktionssystemen und die hierdurch hervorgerufene Umweltbelastung.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt gliederte sich in zwei Teilbereiche, das Bestandesmonitoring und die Bestandesmodellierung.
Im Rahmen des Bestandesmonitoring wurden zunächst nichtdestruktive Verfahren zur Charakterisierung der N-Aufnahme von Pflanzenbeständen weiterentwickelt und sukzessive zur Erhebung von stickstoffdüngungsrelevanten Daten auf Monitoringstandorten eingesetzt.
Aus diesen Daten sollen dann einfache mathematische Modelle zur Prognose der N-Aufnahme von Pflanzenbeständen und in Kooperation mit den anderen Projektpartner zur N-Nachlieferung des Bodens entwickelt werden. Hieraus sollen insbesondere in Zusammenarbeit mit der LWK-Niedersachen konkrete N-Düngungsempfehlungen abgeleitet werden.


Ergebnisse und Diskussion

Mit Hilfe von modernen, nichtdestruktiven optischen Messverfahren können Aussagen über Bestandesparameter wie der Bestandesflächenindex (Green Area Index, GAI, Messung mit LiCor LAI-2000) und der Chlorophyllgehalt (Messung mit dem Yara ®-N-Tester) der Blätter getroffen werden. Im geförderten Projekt wurden auf dieser Grundlage Schätzfunktionen entwickelt, mit denen zusätzlich die aufgenommene N-Menge von Winterweizenbeständen zeitnah geschätzt werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass durch diese neue Methode durch Vergleiche der N-Aufnahme zwischen verschiedenen Düngevarianten und Standorten wichtige Informationen zum N-Versorgungszustand und damit zum Düngebedarf gewonnen werden können. Hierbei konnte auch gezeigt werden, dass ein in den 90er Jahren in England definierter Richtwert von 30 kg N-Aufnahme je Blattflächeneinheit für aktuelle Sorten und Anbaubedingungen Deutschlands nicht zutrifft, im Projekt wurden Werte von ca. 40 Kg N-Aufnahme je GAI ermittelt.

Die im Projekt ausgewählten einfachen, nichtdestruktiven Messmethoden und Schätzansätze zeigten eine ausreichende Genauigkeit für die N-Mengenschätzung in der Praxis. Es wurden RMSE-Werte (root mean squared error) von 17 kg N/ha im Kalibrierungsdatensatz und von 20 kg N/ha in unabhängigen Daten mit EF (modelling efficiency) von 0,81 bzw. 0,85 erreicht. Aus diesem Grunde konnten Daten aus dem Projektbereich Bestandesmonitoring während der Vegetationsperiode in die Modellierung als Kontrollgröße einfließen. Die Ergebnisse des Monitoring und der Modellierung wurden bereits während der Projektlaufzeit als praxisrelevante Informationen ISIP-Nutzern zur Verfügung gestellt.

Durch die Bereitstellung der erhobenen Bestandesparameter (EC-Stadium, GAI, N-Tester Werte), der berechneten N-Aufnahmen und deren Interpretation für ISIP konnten wichtige Teilziele erreicht werden.
Beim Vergleich der Kontrollvarianten wurde deutlich, dass bisher überwiegend benutzte Methoden wie N-Tester- bzw. SPAD und Nitra-Check allein eine Differenzierung der Düngungsvarianten kaum zulassen. Demgegenüber sind die aus dem LAI-2000 Messungen gewonnenen GAI vergleichsweise besser geeignet.

Zur Umsetzung der Information über die aufgenommene N-Menge eines Bestandes in eine direkte, quantitative Düngeempfehlung ist es notwendig, optimale bzw. Referenz N-Aufnahmeverläufe zu definieren. Durch die Messung des GAI in Weizenbeständen mit unterschiedlicher Düngemenge und -verteilung in mehreren Versuchsjahren ließen sich in Ansätzen solche Referenzwerte erkennen. Es treten hierbei jedoch deutliche Jahreseffekte auf, die wahrscheinlich durch unterschiedliche Witterungen (Trockenstress) bedingt sind. Es wird daher zur Zeit davon ausgegangen, dass EC-Stadienspezifische Referenzwerte für die N-Aufnahme von Winterweizenbeständen nur durch dynamische Simulationsmodelle jahres- und Standortspezifisch zu ermitteln sind.

Ein aus mehreren Modulen bestehendes für Pflanzenwachstums- und N-Aufnahmemodell für Winterweizenbeständen wurde entwickelt und in implementiert. Die Parametrisierung erfolgte anhand der destruktiv erhobenen Daten (2005-2006, Hohenschulen) und der daraus abgeleiteter funktionaler Zusammenhänge. Hierbei wurden neue Verdünnungsfunktionen (Beziehungen zwischen Trockenmasse und N-Konzentration unter optimaler N-Versorgung) definiert, die die getrennte Berechnung der N-Aufnahme von Stängel und Blatt ermöglichen. Weiterhin wurde eine Reihe weiterer, wichtiger Parameterwerte vorhandener Teilmodelle an aktuelle Sorten angepasst. Mit Hilfe des Modells konnte auf vielen, nur durch geringen bis moderaten Trockenstress geprägten Standorten eine befriedigende Prognose der N-Aufnahme erreicht werden. Das Modell ist so strukturiert, dass es während der Vegetationszeit Korrekturen durch ggf. vorhandene Messwerte zulässt. Hierbei können auch spektraloptische Reflektionsmessungen verwendet werden.

Über einfache Modellrechnungen zur N-Aufnahme in Kombination mit gemessenen Monitoringdaten kann die potentielle Biomassebildung und N-Aufnahme während der Vegetationsperiode mit aktuell gemessenen Werten verglichen werden. Die gesammelten und aufbereiteten Informationen waren, dem Entwicklungsstand des Projektes entsprechend, in ISIP für die Nutzer zugänglich.

Die Ergebnisse des Projektes haben dazu beigetragen, ein neues Beratungsangebot zur Stickstoffdüngung in Winterweizen auf der Internetplattform www.isip.de einzurichten. In einem laufenden neuen, ebenfalls von der DBU geförderten Projekt wird daran gearbeitet, Ertragsprognosen während der Vegetationszeit zu erstellen. Hierdurch kann erwartet werden, die Stickstoffdüngung zu Winterweizen noch besser auf den Bedarf der Pflanzenbestände abzustimmen und so heute noch übliche Sicherheitszuschläge zu verringern.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Projektes wurden in verschiedenen Publikationen und durch Tagungsbeiträge mit unterschiedlicher Zielgruppe (Landwirte, Wissenschaftler) veröffentlicht:
Kage, H., Meyer-Schatz, F. und Böttcher, U. (2009): N-Aufnahme-Monitoring als Beitrag optimierter
N-Düngung im Winterweizen. In: Kage, H. und Hollmann, F. (Hrsg.), Norddeutsches Weizenforum
2009, Schriftenreihe des Inst. für Pflanzenbau und -züchtung der CAU Kiel, 63, 57-64.
Meyer-Schatz, F., Böttcher, U., Sieling, K. und Kage, H., 2008: Estimation canopy characteristics of
winter wheat using non-destructive devices: implications for N fertilisation advisory. X
Congress of the European Society for Agronomy (ESA), 15.-19. September 2008 in Bologna,
Italien, Italian Journal of Agronomy, 3, No. 3 suppl., 673-674.
Meyer-Schatz, F., Böttcher, U. und Kage, H., 2007: Modellierung der N-Aufnahme von
Winterweizen als Entscheidungshilfe bei der Ermittlung des Düngebedarfs. Mitt. Ges.
Pflanzenbauwiss. 19, 268-269. 50. Pflanzenbautagung in Bonn, 18.-20.09.2007.
Meyer-Schatz, F., Kage, H., Lege, A. und Baumgärtel, G., 2007: Stickstoffdüngung weiter
optimieren. Land und Forst 18, 24-26.
Meyer-Schatz, F. und Kage, H., 2006: Neue internetgestützte Wege zur Optimierung der
N-Düngung. Bauernblatt Schleswig-Holstein 25, 20-21.
Meyer-Schatz, F., Böttcher, U. und Kage, H., 2006: Methodenentwicklung zum
N-Aufnahmemonitoring und Ableitung kritischer, stadienspezifischer Bestandesflächenindizes
bei Winterweizen. Mitt. Gesell. Pflanzenbauwiss. 18, 264-265. 49. Pflanzenbautagung in Rostock,
19.-21.09.2006.
Weiterhin wurden in Zusammenarbeit mit der Landwirtschaftskammer Niedersachsen verschiedene Feldtage durchgeführt. Geplant ist die Präsentation von Projektergebnissen auf den DLG-Feldtagen 2010 in Bockerode.


Fazit

Im Projekt konnten durch Kombination innovativer Messtechnik und Simulationsmodellierung neue methodische Ansätze erarbeitet werden, die die Einschätzung der aktuellen N-Versorgung von Winterweizenbeständen verbessern können. Hiermit sollten sich in Zukunft treffgenauere Düngungsempfehlungen ableiten lassen und die Stickstoffeffizienz verbessern lassen.