N-Sensor im praktischen Einsatz Erfahrungen und Ergebnisse aus dem Projekt On Farm Research^*

N sensor in practical use Experiences and results from the on farm research project

Ebenfalls erprobt wird in Großversuchen die Wirkung differenzierter Bodenbearbeitungsverfahren (Pflug-, Mulch-, Direktsaat).

Die Bewertung des Erfolges der teilflächenspezifischen Produktionsverfahren erfolgt anhand von Ertrags- und Qualitätsmerkmalen des Erntegutes. Daran schließt sich die betriebswirtschaftliche Bewertung der Produktionsverfahren und deren Umsetzung im Betrieb als Beispiel leistungsfähigen Marktfruchtbaus in Schleswig-Holstein an, auch als Betriebsbeispiel mit bundesweitem Vorbildcharakter. Der Projektstart erfolgte mit der Herbstaussaat 2007.

Detailangaben zum Betrieb wie Betriebsgröße, Boden, Klima, Anbauverhältnisse, personelle und technische Ausstattung können dem Betriebsspiegel unter www.lksh.de/landwirtschaft/pflanze/on-farm-research/entnommen werden. Das Projekt wird auf insgesamt 300 Hektar der Betriebsfläche durchgeführt, hat eine Laufzeit von zehn Jahren und erfasst alle im Betrieb angebauten typischen Fruchtarten und Vorfrucht-Nachfruchtkombinationen.

Abb. 1. Die Bodenheterogenität des Standortes, gemessen als elektrische Leitfähigkeit (EM 38), bildet eine Grundlage für teilflächen­spezifische Produktions­verfahren.

Anpassungen wurden mittels Betriebsleiterkenntnissen vorgenommen, wenn es um die Unterscheidung von Lehm- und Tonkuppen und humosen Senken und deren Zuordnung zu Bodenscannerklassen mit gleicher elektrischer Leitfähigkeit, aber unterschiedlicher Bodenzustände ging. In Einzelfällen wurde ein ergänzender Abgleich mit Angaben aus der Reichsbodenschätzung vorgenommen.

Die Anlage der Versuche orientierte sich an der betrachteten Problemstellung: Vergleich von 3 N-Düngungsvarianten (Betriebsüblich, N-Sensor, Einmaldüngung). Für diese Versuche wurden die Versuchsschläge aus Gründen der technischen Durchführbarkeit unter Praxisbedingungen in drei Teilstücke ohne Wiederholungen auf dem Einzelschlag unterteilt (Abb. 2). Für die konkrete Festlegung der Größe, Form und Lage der Teilstücke waren drei Überlegungen ausschlaggebend: (1) Nutzung des existierenden Fahrgassensystems, (2) Anlage der Teilstücke so, dass in jedem die zuvor ermittelten Bodenscannerklassen vertreten sind und (3) Wahl der Teilstückgröße so, dass relativ neue Varianten mit schwer kalkulierbarem finanziellen Erfolg das Risiko für den Landwirt überschaubar halten. Die Anlage der Versuche erfolgte im ersten Versuchsjahr auf mehreren Schlägen und wurde in den Folgejahren auf den gleichen Schlägen fortgeführt. Dabei wurden die Fruchtarten entsprechend der betriebsüblichen Fruchtfolgen (1. Raps – Winterweizen – Winterweizen und 2. Raps – Winterweizen – Gerste) angebaut. Da kumu­lative Wirkungen der Düngung geprüft werden sollen, wurden die Varianten den Teilstücken nur im ersten Versuchsjahr – vergleichbar einem Dauerversuch – randomisiert zugeordnet. Die Anzahl der gewählten Schläge orientierte sich an der Überlegung, dass in jedem Versuchsjahr jedes Fruchtfolgeglied auf einem Schlag vertreten sein soll. Damit existiert in den Versuchen für jedes Fruchtfolgeglied und jede Variante nur eine echte Wiederholung in jedem Jahr.

Abb. 2. Für die Bewertung der teilflächenspezifischen N-Düngung (Ertrag, Qualität, Wirtschaftlichkeit) mittels N-Sensor wurden die Versuchsschläge in 3 Großteilstücke geteilt. Vergleichsvarianten sind die betriebsübliche Stickstoffdüngung und eine Einmaldüngung mit stabilisiertem Stickstoff (Al­zon S) zu Vegetationsbeginn.

Innerhalb der Parzellen werden Aussaat und Grunddüngung teilflächenspezifisch, jedoch nach einem einheitlichen Algorithmus für alle Stickstoffdüngungsvarianten, umgesetzt. Diese teilflächenspezifischen Applikationen werden nicht randomisationsbasiert vorgenommen, sie sind ausschließlich an der existierenden Heterogenität innerhalb der Parzellen orientiert.

Da in beiden Versuchen in jedem Jahr nur eine Wiederholung der Varianten in Kombination mit dem Fruchtfolgeglied vorhanden ist, können diese Varianten je Jahr nur mittels der Methoden der beschreibenden Statistik verglichen werden. Erst nach einer oder mehreren vollständigen Rotation(en) kann auf der Basis kumulativer Berechnungen je Teilstück und Schlag mit Methoden der Inferenzstatistik gearbeitet werden. Diese Analysen stehen im Projekt noch aus; bisher wurde generell nur mit beschreibenden Verfahren gearbeitet. So wird zum Beispiel in den Abbildungen zur Wirtschaftlichkeit der Stickstoffdüngungsvarianten für eine vollständige Rotation (kumulative Betrachtung) unter Nutzung beschreibender Methoden dargestellt.

Für die Bewertung der teilflächenspezifischen Bewirtschaftung stehen hier immer ganze Produktionssysteme zum Vergleich. Die Auswahl und die inhaltliche Ausgestaltung der Maßnahmen in den einzelnen Produktionssystemen („Bestvarianten“) erfolgt:

An dieser Stelle sei mit Nachdruck darauf hingewiesen, dass diese Verfahrensvergleiche vorausgehende und nachgelagerte Exaktversuche nicht ersetzen können! Man ist damit bestenfalls in der Lage (großtechnisch) drei Bestvarianten zu vergleichen, oder bei einfaktorieller Fragestellung – dieses Versuchsdesign erfreut sich für „Entscheidungen“ zur Sortenwahl auf Praxisbetrieben zunehmender Beliebtheit – für drei bis fünf Sorten eine „betriebsspezifische“ Auswahl zu treffen. Dabei wird vergessen, dass für eine sinnvolle und möglichst treffsichere Auswahl dieser drei bis fünf Prüfglieder (Verfahren oder Sorten) Vorleistungen aus Exaktversuchen nötig sind.

Abb. 3. Die Dokumentation der Versuchsdaten erfolgt in der Ackerschlagkar­tei für jeden Versuchs­schlag je Versuchsjahr.

Neben den Produktionsdaten werden die Erntedaten aus den exakten Wägungen der Versuchsvarianten (auf Basis der Teilstücke, Daten aus dem Wiegebuch) und aus der Ertragskartierung (Daten vom Mähdrescher) erhoben und den Bodenscanner-/Aussaatklassen zugeordnet. Die kartierten Ertragsdaten sind als wiederholte Messungen innerhalb der Teilstücke zu verstehen, wobei ihre Zuordnung zu den Aussaatklassen und Grunddüngungsrasterzellen gegebenenfalls zu berücksichtigen ist. Die Qualitätsdaten (Protein- bzw. Ölgehalte) werden als Durchschnittsproben aus den Teilstücken im Ernteverlauf an der Fuhrwerkswaage erhoben (Abb. 4).

Abb. 4. Zusätzlich erfolgt eine Erfolgsbewertung der geprüften Stickstoff­düngungsmaßnahmen über die Erträge aus der Wägung der Großteil­stücke; die Erträge aus der Ertragskartierung am Mähdrescher und bei Getreide werden zu­sätzlich über Quadrat­meterproben (Ertrag, Ertragsstruktur, Quali­tät) aus Kleinteilstüc­ken, den entsprechenden Bo­denscannerklassen zu­geordnet.

Um neben der Bewertung auf der Basis der Teilstücke kleinteilige Informationen zum Zusammenhang zwischen dem „Erfolg“ der Versuchsvariante und den Bodenscanner-/Aussaatklassen zu bekommen, werden bei Getreide zusätzlich Quadratmeterproben zum Verlauf der Ertragsbildung, zum Ertrag und zur Qualität erhoben.

Es sei an dieser Stelle explizit darauf hingewiesen, dass die Variante „Betriebsüblich“ nicht konstant gedüngt wird, sondern der Streuerfahrer auf Grund seiner langjährigen Erfahrung und detaillierten Schlagkenntnis „steuernd“ über die Plus/Minus-Taste bei der Ausbringmenge in Abhängigkeit vom Bestandesbild und den aktuell befahrenen Schlagteilen (Lehmkuppe, humose Senke) entsprechend eingreift. Es war beim Strategievergleich nicht das Ziel, den Betrieb „in die Steinzeit zurück zu versetzen“ und betriebsüblich ein flächenkonstantes Streuen im Vergleich zum N-Sensor zu organisieren, wie das bei der Darstellung diverser Ergebnisse zum N-Sensor oft getan wird.

Auf alle methodischen Details beim Einsatz des N-Sensors, alle Einzelergebnisse des im Projekt intensiv durchgeführten N-Monitorings, Probleme des Sensoreinsatzes und der daraus abgeleiteten N-Empfehlungen in Abhängigkeit vom Witterungsverlauf, der Stickstoffaufnahme des Pflanzenbestandes, z.B. beim Raps, die Möglichkeit der sicheren technischen teilflächenbezogenen Platzierung der empfohlenen Stickstoffmenge und der erreichten Erträge, Qualitäten und Stickstoffbilanzen kann hier im Einzelnen nicht eingegangen werden. Auch hier sei an dieser Stelle auf weiterführende Veröffentlichungen zum Projekt und die Ergebnisdarstellung im Internet unter www.lksh.de/landwirtschaft/pflanze/on-farm-research/verwiesen. Gleiches gilt für Methodik, Inhalte und Ergebnisse der Variante „Betriebsüblich“ und „Einmaldüngung“.

Schwerpunktmäßig sollen einige Probleme beim praktischen Einsatz des N-Sensors genannt werden:

1. Die Applikation der für die Teilfläche aus der Onlinemessung des Sensors bei Überfahrt ermittelten Stickstoffmenge auf die konkrete „Bedarfsfläche“ blieb zu ungenau. In Abhängigkeit von der Fortschrittsgeschwindigkeit des Düngerstreuers – 12 bis 16 km/h sind praxisüblich – entstanden z.T. erhebliche Streuversätze. Die über das Terminal ausgegebene Applikationskarte entspricht 1:1 der Empfehlungskarte für die Stickstoff­applikation aus der Sensormessung, aber nicht der konkreten Umsetzung der teilflächenspezifischen N-Düngermengen durch den Streuer. Mit dem im Einsatz befindlichen Rauch AGT 24 m – Streuer war kein echtes „Zurückschreiben“ der tatsächlich gefallenen Stickstoffdüngermenge auf der Teilfläche möglich. Die Empfehlung von Seiten des Sensorherstellers für die teilflächen­spezifische Stickstoffdüngung deshalb die Arbeitsgeschwindigkeit auf 6 bis 8 km/h, und damit die Flächenleistung um die Hälfte zu reduzieren, ist für einen wirtschaftlichen Arbeitsablauf im Großbetrieb wenig hilfreich. Mit dem jetzt im Einsatz befindlichen Rauch AGT 36 m – Streuer soll ein „Zurückschreiben“ der tatsächlich auf der Teilfläche ausgebrachten Stickstoffdüngermenge möglich werden. Dies befindet sich zurzeit in der Erprobung. Auch musste der Regelbereich für die Ausbringung der teilflächenspezifischen Stickstoffdüngermenge deutlich begrenzt werden, um beim Düngerstreuer ein sinnvolles, technisch machbares Regelverhalten zuzulassen. Ein eingangs empfohlenes „Durchregeln“ von 0 bis 120 kg N/ha für eine teil­flächenspezifische Stickstoffdüngung war praktisch nicht umsetzbar. Technisch machbare Regelbereiche lagen bei plus/minus 20 bis 40 kg N/ha um die empfohlene mittlere Stickstoffdüngermenge zum jeweiligen Stickstoffdüngungstermin.

2. Die vor allem in den Versuchsjahren 2008 bis 2010 im Vegetationsverlauf typischen Vorsommertrockenheiten lieferten bei Getreide (Winterweizen, Wintergerste) über das N-Monitoring des N-Testers in Abhängigkeit von den erreichten Entwicklungsstadien zum Zeitpunkt der Stickstoffdüngung (2. und 3. N-Gabe) entsprechende Bedarfswerte. Die sichere Umsetzung in Ertrag blieb aber wegen länger ausbleibender Niederschläge nach der sensorgerechten Stickstoffapplikation aus. In diesen Jahren waren Einmaldüngungsstrategien zu Vegetationsbeginn erfolgreich (Abb. 5 und 6). In anderen Fällen führten entsprechend der N-Testermessung – ausreichende Stickstoffversorgung des Bestandes gegeben, keine Düngung mehr erforderlich – z.B. bei einer entsprechend der Empfehlung ausgelassenen dritten Stickstoffgabe in Wintergerste zu wirtschaftlichen Ertragseinbußen. Abb. 5. Am Beispiel des N-Mo­nitorings (Verlauf der Stickstoffaufnahme ge­messen mittels N-Te­ster) wird gezeigt, dass es in Jahren mit ausge­prägter Vorsommertroc­kenheit bei geteilter Stickstoffgabe mittels N-Sensor nicht gelang, den optimalen Versor­gungsbereich der Pflan­zen zu erreichen (Bereich zwischen den gestrichelten, orangen Linien). Abb. 6. Dagegen konnte in sol­chen Fällen mittels Ein­maldüngung zu Vegetationsbeginn (sta­bilisierter Stickstoff in Form von Alzon S) schon mit dem Start der Düngung zu Vegetati­onsbeginn das Versor­gungsoptimum der Pflanzen erreicht wer­den. Dies führte zu ei­nem Mehrertrag von 11,2 dt/ha Winterwei­zen im Vergleich zur Stickstoffdüngung mit­tels N-Sensor.

3. Mit an die Bodenunterschiede im Schlag angepassten teilflächenspezifischen Aussaatmengen konnten weitestgehend homogene, in der Biomasse kaum differenzierte Getreidebestände etabliert werden. In diesem Fall gibt es im weiteren Vegetationsverlauf kaum Regelbedarf für den N-Sensor, wie auch die aufgezeichneten Biomassekarten belegten.

4. Bei Verwendung der absoluten Kalibrierung des N-Sensors im Raps, der N-Sensor bestimmt auf Grund des Bestandesbildes für die 2. Stickstoffgabe den Stickstoffbedarf, bleibt die aus der 1. Stickstoffgabe noch im „Transit“ befindliche Stickstoffmenge, d.h. der gedüngte Stickstoff befindet sich anteilig noch im Boden und ist vom Raps noch nicht aufgenommen, unberücksichtigt. Dies führt dann zwangsläufig zu einer zu hohen Gesamtstickstoffmenge bei der Rapsdüngung (Abb. 7). Eine praktikable Abschätzung dieses „Transit-Stickstoffs“, um diese Menge bei der zweiten sensorgestützten Stickstoffgabe abzuziehen, ist kaum möglich. Abb. 7. Die bei der absoluten Kalibrierung des N-Sensors zur Stickstoff­düngung von Winter­raps zum Zeitpunkt der 2. Stickstoffgabe noch im System Boden-Pflanze befindliche Stickstoffmenge aus der 1. Stickstoffgabe ist schwer kalkulierbar und wird vom N-Sensor „nicht erkannt“. Das führt zwangsläufig zur Überdüngung der Be­stände um die noch im „Transit“ befindliche Stickstoffmenge, im Be­rechnungsbeispiel ca. 30 kg N/ha.

5. Eine Einbeziehung der Schwefeldüngung zu Raps – 40 bis 50 kg Schwefel/ha sind unter unseren Anbaubedingungen erforderlich – ist über eine teilflächen­spezifische Sensordüngung nicht möglich. Eine an die vom N-Sensor empfohlene teilflächenspezifische Stickstoffdüngermenge angepasste Schwefelmenge würde je nach Düngerform zur Unter- oder Überversorgung mit Schwefel im Bestand führen. Weder die Ertragswirkung noch die gegebenenfalls auftretenden Auswaschungsverluste in der Teilfläche stark differenzierter Schwefelgaben sind bewertbar (Abb. 8). Für die praktische Umsetzung bleibt die konstante Stickstoffdüngung in der 1b-Gabe mit 40 kg Schwefel über schwefelsauren Ammoniakdünger (SSA). Damit gehen auch 40 kg/ha Stickstoff für ein „Regeln mit dem N-Sensor“ von der Gesamtstickstoffmenge zu Raps verloren. Abb. 8. In Verbindung mit der teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung zu Raps kommt es bei der Wahl eines schwefel­haltigen Stickstoffdün­gers zur Über- oder Unterdüngung mit Schwefel, je nach aus­zubringender Stickstoff­menge auf der Teilfläche. Hier bleibt für diese Teilgabe nur die konstante Stickstoff­gabe für eine einheitli­che Schwefeldüngung ohne N-Sensor.

6. Die nötige Frost- und Taufreiheit der Bestände für die Arbeit mit dem N-Sensor bremst gerade bei der ersten Stickstoffgabe zu Raps den Einsatz des N-Sensors unter praktischen Bedingungen oft aus. Die sichere Befahrbarkeit der überfrorenen Böden, oft gekoppelt mit raureifen Beständen in den frühen Morgenstunden, könnte dann, im Betrieb arbeitswirtschaftlich aber relevant, nicht genutzt werden.

Die Ergebnisse subsumieren sich letztendlich in einer Bewertung der Wirtschaftlichkeit der verglichenen Düngungsstrategien. Hierzu wurde nach aufwendiger Daten­erhebung – im Projektbetrieb und in Anpassung und Abgleich mit vergleichbaren Betrieben aus der Marktfruchtberatung Schleswig-Holsteins über:

die Direkt- und Arbeitskostenerledigungsfreie Leistung der Produktionsverfahren ermittelt.

Für die erprobten Düngungsstrategien hat sich im Mittel des Betriebes und der angebauten Fruchtarten Raps-Weizen-Gerste die Variante „Betriebsüblich“ als das wirtschaftlichste Verfahren, gefolgt von der „Einmaldüngung“ erwiesen. Dagegen fiel die Sensordüngung im wirtschaftlichen Erfolg ab (Abb. 9). 

Abb. 9 bis 12.    Am Ende steht der wirtschaftliche Ver­gleich der erprobten Stickstoffdüngungsver­fahren im landwirt­schaftlichen Betrieb. Der Erfolg einer Maß­­nahme muss sich im Betriebs­ergebnis im Verhältnis von Auf­wand und Nutzen wi­derspiegeln. In den drei Versuchsjahren 2008 bis 2010 konnte die teilflächen­spezifische Stickstoffdüngung mit­tels N-Sensor wirt­schaftlich nicht überzeugen.

Abb. 9 bis 12.    Fortsetzung

Auch bei Raps schnitt die Variante „Betriebsüblich“ am wirtschaftlichsten ab, „Einmaldüngung“ und „N-Sensor“ lagen gleich auf (Abb. 10). In Wintergerste lagen „Betriebsüblich“ und „Einmaldüngung“ gleich auf, die N-Sensor-Variante fiel dagegen auch hier wirtschaftlich ab (Abb. 11). Besonders erfolgreich war die „Einmaldüngung“ in Weizen nach Weizen (Abb. 12). Unter diesen Anbaubedingungen und den in den letzten Jahren sich verändernden Witterungsabläufen, lang anhaltende Vorsommertrockenheiten mit unzureichender Stickstoffwirkung bei geteilten Stickstoffgaben nehmen zu, war eine aus­reichend hohe Stickstoffversorgung zu Vegetationsbeginn unter Nutzung der aus dem Winter verbliebenen Wasserreserven ertragsentscheidend. Es ist davon auszugehen, dass sich unter diesen Verhältnissen zunehmend vereinfachte Düngungsstrategien durchsetzen werden. Wenn das Wasser in wichtigen Abschnitten des Vegetationsverlaufes fehlt, nutzt es weder etwas mit mehrfacher Gabenteilung zu versuchen „der Pflanze ins Maul zu düngen“, noch sich mit aufwendiger N-Tester- und Sensortechnik an einem erhofften Entwicklungsverlauf der Pflanzen entlang zu tasten.

Ein Gemeinschaftsprojekt der Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein und der Gutsverwaltung Helmstorf, Kreis Plön; Finanzielle Förderung: Landwirtschaftliche Rentenbank Frankfurt am Main, Stiftung Schleswig-Holsteinische Landschaft.

Fußnoten: