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Gegenüberstellung verschiedener Bodenprobenverfahren

Ausgangssituation

Bei der Präzisionslandwirtschaft werden Bewirtschaftungszonen aus verschiedenen Quellen wie Ertragskarten, NDVI-Bilder usw. erstellt. Bei den Datensätzen besteht häufig das Problem, dass diese Daten hauptsächlich indirekt gemessen werden oder reale Bodenparameter angeben, da das Hauptbeobachtungsmedium die Vegetation selbst ist. Da wir auf den Boden pflanzen, nicht auf den Ertrag unserer Vorjahre und nicht auf die Vegetationsindizes, ist es wichtig, unsere Böden zu kennen zu und unsere Entscheidungen zu planen. Die meisten Landwirte wissen, dass auf einem tatsächlichen Feld bessere Bedingungen für landwirtschaftliche Aktivitäten herrschen. Die höhere Feuchtigkeit des Bodens ist nach Ansicht der Anwender auch gleichbedeutend mit besseren Bodenbedingungen, wie z.B. dem Gesamtnährstoffzustand. Diese Beobachtungen werden von anderen Datenschichten und mehrjährigen Beobachtungen während der Feldarbeit angetrieben.

Der Fall kann von den erfahrungsgetriebenen Erwartungen abweichen. Das Muster der verfügbaren Nährstoffe kann je nach den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Bodens erheblich variieren. Der Bodentyp kann die Nährstoffverfügbarkeit indirekt beeinflussen, indem er das Ertragspotenzial und die Nährstoffentfernung beeinflusst. Auch Pflanzen- und Bodenbearbeitungspraktiken haben einen erheblichen Einfluss auf die Nährstoffversorgung und die Veränderungen der Verfügbarkeit.

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Überblick über das Testfeld in schwarz umrahmt

Testfeld

Die Tests wurden auf einem Feld von 82,5 ha Fläche durchgeführt, das insgesamt einen schluffigen/ sandigen Tonboden aufweist. Auf dem Testfeld herrschten ideale Bedingungen für ein störungsfreies Scannen. Die Oberfläche war glatt, direkt nach der Erbsenernte fanden wir fast keine Pflanzenreste.

Rasterbeprobung

Von der Gesamtfläche von 82,5 ha haben wir 36 Bodenproben entnommen, was ungefähr eine Probe auf 2,3 ha ergibt. Die Rasterbeprobung wurde von zwei unabhängigen Teams durchgeführt, um die beiden Hauptansätze der Rasterbeprobung zu simulieren. Ein Team sammelte Unterproben innerhalb der Zonen in einem Zick-Zack-Muster, während das andere Team in einem Umkreis von 30 m um den Mittelpunkt jeder Zone Proben sammelte.

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Zentrierte Rasterbeprobung
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Routen-Rasterbeprobung

Schwierigkeiten bei der Rasterbeprobung

Die Rasterbeprobung unterteilt ein Feld - in den meisten Fällen - sogar in Teile von kleinen Flächen oder Zellen. Die Sampling-Ansätze können sich von einem Anbieter zum anderen unterscheiden. Obwohl unsere Rasterproben am Ende des Tages höchstwahrscheinlich zahlreiche Proben enthalten werden, die gemischte (verursacht durch Zick-Zack-Probenahme) oder dislozierte (Pufferproben) Proben enthalten, die durch benachbarte Bodenzonen beeinflusst sind. Um die Auswirkungen der Bodenvariabilität zu minimieren, könnte es notwendig sein, die tatsächlichen Rasterzonen auf zwei oder sogar drei verschiedene Arten zu verwalten.

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Zentrierte Rasterbeprobung und Routen-Rasterbeprobung überlappend sich beim ECa-Scan.

Erstellung von Managementzonen, basierend auf realen Bodenparametern mit dem Topsoil Mapper

Das Probenentahmeverfahren von Geoprospectors ist dem der konventionellen Raster-Bodenbeprobung sehr ähnlich, aber anstatt das gesamte Feld zu beproben, verwenden wir unseren Bodenscanner Topsoil Mapper, um Bereiche mit der gleichen scheinbaren elektrischen Leitfähigkeit (ECa) zu bestimmen und auszuwählen. Diese Zonen werden mit konsistenten elektrischen Leitfähigkeitswerten dargestellt, die uns annehmen lassen, dass Gebiete innerhalb desselben EC-Bereichs dieselben physikalischen und chemischen Bodeneigenschaften aufweisen.

Scannen des Feldes

Wir haben das Feld auf 20 m Fahrgassenabstand gescannt. Dieser Abstand ist ein guter Kompromiss zwischen schnellen und kostengünstigen, aber dennoch detaillierten Scan-Ergebnis. Die Höchstgeschwindigkeit auf dem Feld wird anhand der Oberflächenbeschaffenheit des tatsächlichen Feldes und unseres Fahrzeugs bestimmt. Die richtige Befestigung/ Abstützung des Sensors ermöglicht uns das Scannen mit höheren Geschwindigkeiten bei minimaler Störung des Sensors durch unerwünschte Bewegungen während des Scannens. Der Sensorabstand von der Oberfläche sollte nicht höher als 35 cm Höhe über dem Boden sein.

Zonenbeprobung

Nach der Verarbeitung des Scans sind wir in der Lage, unsere Bodenzonen sofort in der Field Management Suite (FMS) Verarbeitungssoftware und natürlich in jeder beliebigen Betriebsführungssoftware zu visualisieren.
Darüber hinaus können wir unsere Zonenbeprobungsroute für die Entnahme von Teilproben aus den vordefinierten acht Zonen bestimmen.

Wir haben das Verfahren der Zonenprobenentnahme am selben Tag des Scannens sowie die Rasterprobenahme durchgeführt.

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Zonenbeprobung mit dem Topsoil Mapper

Labormessungen

Alle unsere drei Probensätze wurden in ein akkreditiertes Labor gebracht, um ein vollständiges Bild der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Bodenproben zu erhalten. Die Prüfung der gelösten Gesamtfeststoffe (TDS) hatte für uns höchste Priorität, da im Laufe der Jahre mehrere Untersuchungen die enge Korrelation zwischen der scheinbaren elektrischen Leitfähigkeit des Bodens und den TDS des Labors bestätigt haben.

Datenübereinstimmung

Es ist offensichtlich, dass bei beiden Probenahmeverfahren Unterschiede in den Ergebnissen von Bodenuntersuchungen zu erwarten sind. Bei der Schwerpunktbeprobung wird eine kleinere Fläche dargestellt, während die Streckenbeprobung innerhalb der Gitterzellengrenzen eine größere Fläche darstellt.

Das Verfahren, das unserem Test zugrunde liegt, besteht darin, den Grad der Korrelation zwischen beiden Rasterprobenahmeverfahren zu ermitteln, dann unsere Schwerpunktprobenahmestellen innerhalb der von unserer ECa-Karte abgegrenzten Bewirtschaftungszonen räumlich zusammenzuführen und die Korrelation zwischen diesen Daten ebenfalls zu überprüfen.

Gegenüberstellung verschiedener Bodenprobenverfahren | Geoprospectors
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Während im Raster die Probenahmeverfahren für alle 36 Zonen eine eher schlechte Korrelation aufweisen, was auf die unterschiedliche Größe des abgedeckten Bereichs der Teilproben zurückzuführen ist zeigen Proben, die aus derselben ECa-Managementzone entnommen wurden, im Vergleich zu den Ergebnissen der Raster-Schwerpunktbeprobung eine signifikante Korrelation auf. Dies weist darauf hin, dass unvermischte Proben selbst aus verschiedenen Bereichen des Feldes mit übereinstimmenden ECa die räumliche Verteilung des Bodennährstoffstatus sehr gut beschreiben können. Räumliche Überschneidungen konnten zwischen 17 Probenahmepunkten und acht einzelnen ECa-Zonen festgestellt werden. Ein Vergleich der TDS mit den Mittelwerten der räumlich überlappenden Proben aus dem Schwerpunkt und den Proben aus den EK-Zonen zeigt einen R2-Wert von 0,9.

Schlussfolgerungen

Während unsere beprobten Gebiete eine ähnliche Größe hatten, benötigten unsere Teams aufgrund der unterschiedlichen Probenahmestrecken unterschiedlich lange, um ihre Aufgaben auszuführen.

Der zeitaufwändigste Weg war die Entnahme von Teilproben auf dem Weg der Ras-terprobenahme. Die Probenahme in den Gitternetzschwerpunkten war wesentlich schneller, da unsere Probenehmer nur die Schwerpunkte des Gitternetzes besuchen mussten.

Die Auftragnehmer erwarten jedoch ein ähnliches Ergebnis für die Rasterrouten- und Schwerpunktprobenahme. Unser Test zeigt die signifikanten Unterschiede in den Ergebnissen der Bodenproben, die auf gemischte Unterproben zurückzuführen sind. Was unsere Ergebnisse betrifft, so beschreibt die Schwerpunktbeprobung auf einer präziseren Weise die Boden-TDS als die Routenbeprobung.

Die Probenahme war am schnellsten und kostengünstigsten, wenn unsere vordefinierten ECa-Zonen verwendet und auf einer Zick-Zack-Route gesammelt wurden.

Unser Ansatz der ECa-Zonen-Probenahme ist in der Lage, die TDS von Böden so gut wie die Raster-Schwerpunkt-Probenahme anzuzeigen. Hinsichtlich des Zeit- und Kostenaufwands gab es erhebliche Unterschiede zwischen den ECa-Zonen und der Raster-Schwerpunktsbeprobung.

Die Probenehmer für die Schwerpunktprobenahme nahmen 36 Proben in fast 2 Stunden, während das Team für die Probenahme in der EC-Zo-ne innerhalb von 45 Minuten bereit war und alle Unterproben aus den acht Zonen entnahm.

Auf diese Weise war unser Ansatz fast 60 % schneller und 70 % günstiger in Bezug auf Arbeits- und Probenkosten, um die gleichen Ergebnisse wie bei der Schwerpunktprobenahme zu erzielen.

Gegenüberstellung verschiedener Bodenprobenverfahren | Geoprospectors
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Die Kostenberechnungen umfassten zwei Probenehmer zu einem Stundensatz von € 20 und die Kosten für die Labormessung von € 30 pro Probe.

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