Passwort vergessen?  | 
 |  Passwort vergessen?  | 
Suche
  • Login
  • Login

Donnerstag, 16. November 2017, Ausgabe Nr. 46

Donnerstag, 16. November 2017, Ausgabe Nr. 46

Agritechnica

Auf die Bodensensorik kommt es an

Von Wolfgang Rudolph | 9. November 2017 | Ausgabe 45

Neue Wege bei der Datenerhebung und -auswertung für mehr Effizienz im Pflanzenbau – einen Schwerpunkt bildet dabei die Onlinebodensensorik.

z-Bodensensoren BUa
Foto: Geophilus GmbH

Der rollende Profilbodensensor Geophilus bei der Messfahrt auf einer Ackerfläche. Er nutzt zwölf paarweise hintereinander angeordnete Metallscheiben als rollende Elektroden.

Sensoren an Landmaschinen, die den Zustand des Ackerbodens während der Überfahrt online erfassen und auswerten, wurden immer wieder angekündigt, doch bisher hat auf diesem Gebiet keine Technologie den Durchbruch in die Praxis geschafft. Das Interesse an solchen Systemen wächst jedoch. Denn eine zuverlässige und robuste Bodensensorik gilt bei Pflanzenbauexperten und Landtechnikherstellern gleichermaßen als unentbehrliches Werkzeug zur Entwicklung effizienter Anbaumethoden.

Fachmesse Agritechnica

Mit dem technischen Fortschritt, insbesondere bei der schnellen Verarbeitung großer Datenmengen, verbessern sich die Voraussetzungen für den praktischen Einsatz entsprechender Sensorsysteme enorm. Ein aktuelles Beispiel dafür ist die kameragestützte Saatbettbereitung von Pöttinger, die im Vorfeld der Agritechnica 2017 eine Silbermedaille erhielt. In der Kreiselegge des österreichischen Herstellers vergleicht eine Kamera mit Bildauswertung die vom Fahrer als Sollwert eingestellte Oberflächenrauigkeit mit der vom Gerät erzielten und übergibt die daraus abgeleiteten Informationen an den Jobrechner (Implement-ECU).

Um die gewünschte möglichst gleichmäßig krümelige, rückverfestigte Ackeroberfläche zu erzielen, regelt das Steuergerät nun automatisch die Fahrgeschwindigkeit des Traktors und die Zapfwellendrehzahl der Kreiselegge („closed-loop control“), was auch bei heterogenen Bodenverhältnissen zu einem gleichmäßigen Saatbett führt, ohne dass der Fahrer permanent eingreifen muss.

Diese Agritechnica-Neuheit war auch Gesprächsthema auf einer Tagung Mitte September am Institut für Bau- und Landmaschinentechnik (IBL) der Technischen Hochschule Köln. Die unter Mitwirkung des VDI-Kolloquiums Bodenbearbeitung organisierte Veranstaltung bildete den Abschluss des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Innovationsforums „Sensorbasiertes Biosphärenmonitoring – SeBiMo“. Erklärtes Ziel der Initiative war es, technologische Lösungsansätze für eine effektive und leicht handhabbare Boden- und Pflanzensensorik zu finden, deren Aussagen dem Landwirt oder – wie bei der Kreiselegge von Pöttinger – den Aktoren an einer Landmaschine in Echtzeit zur Verfügung stehen.

Foto: Carmen Rudolph

Der Herbizidsensor von Agricon erlaubt durch die Identifizierung der Unkrautdichte eine feldabschnittgenaue Applikation von Herbiziden.

Seit Januar hatten sich Sensorikspezialisten aus etwa 40 Unternehmen, Agrarbetrieben und Forschungseinrichtungen mit dem Bodenmonitoring vertieft auseinandergesetzt. Über die Ergebnisse der unter Federführung der TU Dresden, der HTW Dresden und der Doppelacker GmbH erstellten Studien informierte Thomas Herlitzius, Inhaber des Lehrstuhls für Agrarsystemtechnik an der TU Dresden. Konsens bestehe demnach darüber, dass die „Bodenraumerkundung eine ganzheitliche Herangehensweise unter Einbeziehung der Parameter von Pflanzen erfordert“. Denn Bestandshöhe, Besatz an Unkräutern, Wassergehalt oder Nährstoffversorgung der Ackerkulturen fungieren auch als „lebende Bodensensoren“.

Von den verfügbaren Sensortechnologien bieten elektromagnetische und optische Verfahren das breiteste Anwendungsspektrum. Als für die Landwirtschaft relevante Bodenparameter definierten die Experten Bodenfeuchte, das für die Wurzeln tatsächlich verfügbare Wasser (nutzbare Feldkapazität), Bodenart, Humusgehalt, pH-Wert, Grundnährstoffe, Durchwurzelung, Gefügeschäden und Kationenaustauschkapazität. Aussagen über den Gesundheitszustand des Ackerbodens, wie er sich etwa im Humusgehalt widerspiegelt, gewinnen nach Ansicht der SeBiMo-Teilnehmer bei der Verbesserung des Images der Landwirtschaft an Bedeutung. Deshalb wurde zusätzlich der Aspekt Marketing aufgenommen.

Spezielle Aspekte des Biosphärenmonitorings beschäftigen sowohl Wissenschaftler als auch Unternehmen. So erläuterte Christoph Statz aus dem Bereich Hochfrequenztechnik der TU Dresden den derzeitigen Stand sowie die Perspektiven der mikrowellenbasierten Erfassung von Bodenparametern. Eine große Hürde seien bei diesem Messverfahren beispielsweise die Sensorkalibrierung und das Herausfiltern relevanter Informationen aus dem typischerweise stark verrauschten Signal bei der Onlineerfassung der Bodenfeuchte.

Auch Dienstleister tun gut daran, sich mit den Folgen der Digitalisierung zu beschäftigen. Die europaweit aktive Agri Con GmbH betreut beispielsweise mehr als 2000 Betriebe und hat über 800 Sensoren zum Einsatz gebracht, hauptsächlich für die Stickstoffdüngung nach Pflanzenbedarf. Während heute Systeme zum teilflächenspezifischen Management der Bodenfruchtbarkeit – basierend auf dem Bodennährstoffgehalt – verfügbar sind, sieht Martin Schneider von Agri Con bereits neue Aufgaben im digitalen Pflanzenbau. Nach seiner Einschätzung werden „eine höhere Auflösung der Informationserfassung sowie die kleinräumige und kostengünstige Bestimmung weiterer, die Bodenfruchtbarkeit beeinflussender Faktoren“ benötigt.

Foto: Geophilus GmbH

Elektroden in den Rollen des Gerätes von Geophilus ermöglichen eine kontinuierliche Messung der Bodenleitfähigkeit in unterschiedlicher Tiefe. Die elektrische Leitfähigkeit erlaubt Rückschlüsse auf Wassergehalt, Korngrößenzusammensetzung und Lagerungsdichte sowie Salzgehalt und Temperatur des Bodens.

Informationslieferanten sind auch die Geophilus Bodenprofilscanner (siehe Bild oben), deren Aufbau und Anwendung Jörg Rühlmann vom Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau Großbeeren/Erfurt beschrieb. Dabei werden zwölf paarweise hintereinander angeordnete Metallscheiben als rollende Elektroden genutzt. Ein Paar dient zur Einspeisung des elektrischen Stromes in den Boden, die anderen fünf Paare messen die elektrische Spannung in unterschiedlichen Bodenschichten. Aus den gemessenen elektrischen Werten und den aufgezeichneten Reflexionen einer zusätzlich auf dem Gerät installierten Gammasonde lassen sich – zusammen mit den gleichzeitig erfassten GPS-Daten – hoch aufgelöste dreidimensionale Bodenkarten erstellen.

Für die Bodenfeuchtemessung in Echtzeit setzt ein Forschungsprojekt am IBL der TH Köln die Impedanzspektroskopie ein. Ziel des Projekts ist die optimale Saatgutablage entsprechend des Verlaufs – oder zumindest möglichst nahe – der Schicht mit der höchsten Bodenfeuchtigkeit. Dieses Verfahren bietet vor allem beim Anbau von Rüben und Mais einen entscheidenden Vorteil. In Laborversuchen konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass sich die Impedanzspektroskopie für eine Onlinefeuchtemessung im Boden gut eignet.

Einen ganz anderen Lösungsansatz beschrieb Rolf Kraemer vom Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik Frankfurt (Oder): In Tischtennisball großen Sensorkugeln, die an der Forschungseinrichtung entwickelt wurden, befinden sich neben den Messfühlern integrierte Schaltkreise mit einer hohen Rechenleistung. Zudem seien diese Sensorkugeln so robust, dass sie zum Beispiel in das Substrat von Bioreaktoren gemischt werden können und von dort ihre Messwerte an einen außen liegenden Empfänger senden. Laut Kraemer lassen sich solche Kugeln für die Landwirtschaft modifizieren und auf dem Feld verteilen. Dort bauen sie dann selbstorganisierend untereinander ein Netzwerk oder eine Verbindung zu einer Datencloud auf. Damit die Batterien in den Kugeln lange halten, verharren sie im Stromsparmodus. Aufgeweckt werden sie über das Signal einer nahenden Maschine oder einer über dem Feld fliegenden Drohne, um dann ihre ortsspezifischen Messungen verschiedener Bodenparameter zu übermitteln. Anschließend schalten sie wieder in den Ruhemodus.

Das Bodenmonitoring lohnt sich aber auch aus dem Blickwinkel der Melioration (Bodenverbesserung), wie Mario Hehne von Apus Systems Dresden betonte. Nach seiner Aussage sichern Meliorationsanlagen derzeit in Deutschland auf ca. 25 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche den Ertrag. Dränageverlegepläne lägen aber oft nur unvollständig vor und beinhalten keine exakten Lagekoordinaten. Das Wiederfinden und Instandhalten der Rohre und Sammelleitungen auf dem Feld sei so nur schwer oder gar nicht möglich. Apus Systems habe sich auf die Dränagedetektion spezialisiert und nutze dafür unter anderem die Luftbildanalyse.

stellenangebote

mehr