Farm Weather Talk #003 - Ertragsvorhersage - METOS® von Pessl Instruments

Nur weil man im Frühjahr etwas Erde umherstößt und vermutet, dass der Boden ausreichend feucht ist, hat man noch lange keine Ahnung, was wirklich los ist, bis man nach unten gräbt und nachschaut (was Zeit kostet) oder IoT-Technologie einsetzt (was einfacher ist), um zu wissen, was man hat. Hier kommt die Ertragsvorhersage ins Spiel.

Renditevorhersage - verstehen Sie das?

In der zweite Folge von Farm Weather Talkerörterten wir die Vorteile von standortspezifische Wettervorhersagen und warum sie es sind ein Muss Sie sind Teil der Lösung zur Verringerung des "unkontrollierbaren Risikos", dem die Landwirte tagtäglich ausgesetzt sind. In dieser Folge werden wir uns damit befassen, wie ein Wetterstation oder IoT-Gerät mit einer Prognose kann verwendet werden, um eine Renditevorhersage bis zum aktuellen Datum, aber auch bis zur Fälligkeit zu machen.

Nur weil man im Frühjahr etwas Erde aufwirbelt und vermutet, dass die Bodenfeuchtigkeit ausreicht, hat man keine Ahnung, was wirklich los ist, bis man nach unten gräbt und nachschaut (was Zeit kostet) oder IoT-Technologie einsetzt (einfachere Methode), um zu wissen, was man hat. Bodenartspezifische Daten können gesammelt und in genaue Angaben über die Bodenfeuchtigkeit bei wasserabhängigen Ernteerträgen umgewandelt werden und liefern eine sehr gute Antwort auf ein bestimmtes Problem, z. B. die Ernährung. Wenn Sie wissen, dass Sie nur fünf Zentimeter gespeichertes Wasser haben, während es in einem anderen Bodenprofil neun Zentimeter sind, werden Sie die Nährstoffe und die Ernte anders verwalten.

Hintergründe der Ertragsvorhersage

Der Ertrag jeder Kulturpflanze basiert auf dem genetischen Potenzial des Saatguts, der Bodenfeuchtigkeit zum Zeitpunkt der Aussaat, den Niederschlägen während der Vegetationsperiode (und der Bewässerung), der richtigen Fruchtbarkeitsrate und anderen rechtzeitigen Managemententscheidungen: Unkrautbekämpfung, Krankheitsbekämpfung, Insektenbekämpfung und natürlich Wetterfaktoren das in der Regel das größte unkontrollierbare Risiko darstellt.

Vereinfacht ausgedrückt ähnelt die Entwicklung einer Pflanze oder Kultur einem Scheckbuch (Inputs und Outputs), bei dem es eine Angebots- (Niederschlag und/oder Bewässerung) und eine Nachfrageseite (Temperatur) gibt. Daher sind die beiden wichtigsten Faktoren für den Ertrag die Feuchtigkeitsversorgung und die Temperatur, vorausgesetzt, alle anderen Entscheidungen zur Feldbewirtschaftung werden ordnungsgemäß getroffen.

Die Temperatur oder Wärme ist wichtig, da sie den Wasserverbrauch bestimmt und darüber entscheidet, ob eine Pflanze reif wird oder unter Hitzestress leidet, aber die Feuchtigkeitsversorgung hat den größten Einfluss auf das Ertragspotenzial, da sie für den Transport von Nährstoffen zur Pflanze für die Photosynthese verantwortlich ist. Aus diesem Grund wird die Feuchtigkeitsversorgung oft als die CROPS GAS TANK für das Ertragspotenzial.

Für jede Kulturpflanze gibt es Kurven zur Wassernutzungseffizienz, die mit dem Ertrag zusammenhängen. In jahrelangen Forschungen und Feldversuchen wurde die Anzahl der Scheffel ermittelt, die mit jedem Zoll oder 25 mm Bodenwasser, das von einer Kulturpflanze genutzt wird, erzeugt werden. Bei einigen gängigen Kulturen entspricht dies einer Ertragssteigerung von 5-6 Scheffel bei Raps, 7-8 Scheffel bei Weizen und 10 bis 12 Scheffel bei Mais für jeden zusätzlichen Zoll oder 25 mm Bodenwasser. Die Anzahl der Scheffel, die pro Zoll bzw. 25 mm Bodenwasser erzeugt werden, wird sich im Laufe der Zeit ändern, wenn neue Sorten mit besserer Genetik auf den Markt kommen.

Die Gesamtmenge an Bodenwasser, die einer Pflanze während der Vegetationsperiode zur Verfügung steht (Angebot), ist daher gleich der Menge an Bodenfeuchtigkeit, die zum Zeitpunkt der Aussaat (bestimmt durch die Bodenart) verfügbar ist, plus der Menge an Niederschlag und/oder Bewässerung (Bodenfeuchtigkeit), die während der Vegetationsperiode aufgenommen wird. Die Nutzung oder der Bedarf an Bodenwasser wird durch die Temperatur und die Bodenart/Bodenbeschaffenheit bestimmt. Diese beiden Faktoren (Angebot und Nachfrage) bestimmen das Ertragspotenzial.

Wie bereits erwähnt, ist die Bodenart/-beschaffenheit ein entscheidender Faktor dafür, wie viel Bodenwasser den Pflanzen für ihre Entwicklung zur Verfügung steht. Tatsächlich können die Pflanzen nicht das gesamte im Boden enthaltene Wasser nutzen. Die obere Grenze ist die Feldkapazität, die untere Grenze der permanente Welkepunkt.

Feldkapazität ist die maximale Wassermenge im Boden, die einige Tage nach einem Sättigungsereignis (starker Regen oder Bewässerung) gemessen wird.

Permanenter Welkepunkt Wenn eine Pflanze nicht mehr in der Lage ist, dem Boden Wasser zu entziehen, um ihren Bedarf zu decken, beginnt sie zu welken, d. h. es steht ihr kein Wasser mehr zur Verfügung.

Pflanze Verfügbares Wasser ist die Differenz zwischen der Feldkapazität und dem Verwelkungspunkt, an dem die Pflanze kein Wasser mehr aus dem Boden ziehen kann. Mit anderen Worten: Nicht das gesamte im Boden gespeicherte Wasser ist für die Pflanzen verfügbar.

Aus diesem Grund ist ein Zulässiger Umfang der Ausschöpfung wird je nach Bodenart und Kultur verwendet. Bei den meisten Getreide- und Ölsaatenkulturen liegt die zulässige Erschöpfung bei 50% der Feldkapazität, während sie bei Gemüse und Hackfrüchten bei 65% der Feldkapazität liegt.

Die Abbildung zeigt deutlich, dass Sand- oder Sandlehmböden nur begrenztes Bodenwasser für die Pflanzenentwicklung zur Verfügung haben, während ein Schluff- oder Tonlehmboden einen viel größeren Tank an Bodenwasser und damit ein höheres Ertragspotenzial aufweist. Mit anderen Worten: Sandige Lehmböden müssen häufiger nachgefüllt werden als lehmige Böden. Die nachstehende Tabelle veranschaulicht, dass ein grober Boden 145 mm Wasser bis zu 120 cm speichern kann, während ein feiner Boden 265 mm Wasser in der gleichen Profiltiefe speichern kann.

Ok, wir haben über die Faktoren gesprochen, die den Ertrag einer Kultur bestimmen, aber wie können wir eine Schätzung des Ertrags bis zum aktuellen Datum und dann bis zur Reife für ein Feld vornehmen? Dies ist der Punkt, an dem die IoT-Feldgerät und Prognose kommen. Sehen wir uns an, wie dies geschieht.

Renditevorhersage-Setup

Zunächst müssen Sie den Standort des Feldes oder die Erntezone(n), für die Sie die Ertragsschätzung vornehmen möchten, räumlich definieren. Die nachstehende Abbildung zeigt, wie dies geschieht, indem die Erntezone innerhalb eines Feldes definiert wird. Die Erntezonen werden in der Regel anhand der Bodenart und der Topografie definiert.

Da wir ein Modell zur Vorhersage des Wasserverbrauchs durch die Pflanzen verwenden, müssen wir mehrere Parameter einstellen: Kulturart, Aussaat- und voraussichtliches Erntedatum, bestmöglicher Durchschnittsertrag, anfängliche Bodenfeuchtigkeit, Bodenart, Feldkapazität und Welkepunkt, Lufttemperaturstation und Regenquelle, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Für die Auswahl von IoT-GerätenDie Temperatur dient zur Abschätzung der Pflanzenentwicklung, während der Niederschlagsmesser zur Erfassung der dem Boden zugeführten Wassermenge verwendet wird. Die Station mit dem Niederschlagsmesser sollte sich also im oder am Rande des Feldes befinden, um sicherzustellen, dass die Werte für das Feld repräsentativ sind.

Das Temperaturmessgerät kann an der gleichen Station oder an einer nahe gelegenen Station angebracht werden, da sich die Temperatur über eine kurze räumliche Distanz nicht so stark verändert wie der Niederschlag. Die folgenden Abbildungen zeigen zwei Arten von Stationen, die verwendet werden können µMETOS oder nMETOS für diese Art der Anwendung.

Die anfängliche Bodenfeuchtigkeit ist wichtig, da sie festlegt, wie viel Bodenwasser zum Zeitpunkt der Aussaat auf der Grundlage des Bodentyps verfügbar ist (wie viel Wasser sich zu Beginn des Jahres im Tank befindet). Die Änderung dieser beiden Werte führt zu unterschiedlichen Ertragsszenarien (Planungsinstrumenten) für die Anbaufläche.

Ergebnisse der Ausbeutevorhersage

Ok, wir haben besprochen, wie wichtig ein IoT-Gerät mit einer Vorhersage ist, um das unkontrollierbare Risiko für Landwirte zu verringern, aber wie funktioniert das bei der Ertragsvorhersage?

Für die Lösung der Ertragsprognose verwenden wir Langfristige normale Prognose (durchschnittliche normale Niederschlagsmenge) bis zum aktuellen Datum und zur physiologischen Reife. Wir verwenden auch eine Saisonale Anpassung der Prognose die die bisher beobachteten Bedingungen (Niederschlag) plus eine saisonal angepasste Vorhersage auf der Grundlage der Art der Jahreszeit (nass, normal oder trocken) verwendet. Diese Begriffe und Abbildungen werden im Folgenden beschrieben.

Begriffe, die im Diagramm zur Ertragsvorhersage verwendet werden:

Ertrag "bis heute" (laufende Saison): In diese Vorhersage fließen die von Ihrer Station gemessenen Niederschläge seit der Aussaat und die von Ihnen festgelegte anfängliche Bodenfeuchtigkeit ein. Sie geht davon aus, dass nach dem heutigen Tag für den Rest der Saison keine weiteren Niederschläge mehr fallen, d. h. ein Worst-Case-Szenario.
Voraussichtliche physiologische Reife der Pflanzen: Die Vorhersage des Endes der Ertragsbildung (d. h. keine weitere Ertragssteigerung nach diesem Datum). Beachten Sie, dass die Ernte in der Regel einige Wochen später erfolgt, je nach Kultur, da die Körner abtrocknen müssen.
Voraussichtlicher Ertrag bei der Ernte (langfristig normale Saison): Dabei wird von durchschnittlichem Regen (normale Jahreszeit) für die gesamte Saison ausgegangen, beginnend mit der von Ihnen eingestellten anfänglichen Bodenfeuchtigkeit.
Voraussichtlicher Ertrag bei der Ernte (laufende Saison + Regenvorhersage): Dieser Wert berücksichtigt nicht nur Ihre anfängliche Bodenfeuchte und die seit der Aussaat gemessenen Niederschläge, sondern auch einen saisonale Vorhersage bis zum vorhergesagten physiologischen Reifedatum der Pflanzen. Denken Sie jedoch daran, dass saisonale Regenvorhersagen mit erheblichen Unsicherheiten behaftet sind. Beachten Sie, dass dieser Wert bei Überschreiten des physiologischen Reifedatums der Pflanze identisch mit dem Wert für den Ertrag "heute" (siehe oben) ist, da die Vorhersage zu diesem Zeitpunkt vollständig auf den Messdaten der Station basiert.

Bitte beachten: Die prognostizierten Ertragswerte stellen eine Schätzung des potenziellen Ertrags bei der Ernte dar. Diese Schätzung basiert größtenteils auf (gemessenen, historischen Durchschnitts- und prognostizierten) Niederschlagsmengen. Andere ertragsbeschränkende Faktoren wie Schädlinge, Krankheiten, Bodenfruchtbarkeit und andere werden (derzeit) nicht berücksichtigt. Es gibt keine Garantie dafür, dass Ihr tatsächlicher Ertrag bei der Ernte innerhalb der dargestellten Spannen liegen wird. Die prognostizierten Werte können jedoch während der Saison als Hinweis darauf dienen, ob die Ertragsleistung der Pflanze wahrscheinlich unter oder über dem historischen Durchschnitt liegen wird. Nutzen Sie diese zusätzlichen Informationen, wenn Sie Managemententscheidungen wie Düngung oder Bewässerung treffen.

Die nachstehende Abbildung zeigt die voraussichtliche saisonbereinigte Prognose und die langfristige normale Prognose. Es wird deutlich, dass die Saison viel trockener ist als normal, was zu schlechten Erträgen führt. Die Bewirtschaftungsentscheidung könnte darin bestehen, aufgrund des Wassermangels im Boden keine weiteren Nährstoffe zu verabreichen, um den Ertrag zu sichern. Auf der Grundlage dieser Entscheidung würden wahrscheinlich auch andere Bewirtschaftungsmethoden angepasst werden.

In Kombination mit Renditevorhersagewerden Satellitenbilder für ein bestimmtes Feld oder eine bestimmte Anbauzone angeboten. Wir bieten zwei Satellitenindizes des Sentinel-2-Satelliten (10-Meter-Auflösung) an: LAI (Blattflächenindex) und NDVI (normalisierter Differenzvegetationsindex). Beide Indizes können verwendet werden, um entweder die Menge der Bodenbedeckung oder die Bodenbedeckung und die Stärke der Vegetation zu messen. Je höher die Zahl oder je heller das Grün in der Legende, desto kräftiger ist der Bestand.

Das nachstehende Bild zeigt die Begrünung der Pflanzen während der Vegetationsperiode und die Unterschiede in der Pflanzengesundheit auf dem Feld. Höhere grüne Flächen stehen für gesündere Pflanzen, während beigefarbene Werte für eine geringere Pflanzenvitalität stehen. Die Bilder zeigen deutlich die Schwankungen oder abnormen Entwicklungen auf dem Feld, die auf andere Probleme bei der Bewirtschaftung hin untersucht werden können: Wasser, Fruchtbarkeit, Krankheiten oder Insektenbefall. Der NDVI-Spitzenwert bzw. der Scheitelpunkt der Kurve wird mit einem hohen Ertragspotenzial und einer hohen Biomasseentwicklung in Verbindung gebracht. Dies ist auch in der nachstehenden Abbildung deutlich zu erkennen.

Wenn Sie über kombinierte Erntedaten verfügen, können Sie die Ergebnisse auch mit den Satellitenbildern vergleichen, wie die folgende Abbildung zeigt. Höhere NDVI-Flächen sind mit höheren kombinierten Erträgen verbunden.

Was haben wir gelernt und was waren die Ergebnisse?

Auf der Grundlage von Ertragsprognosen für die Anbauregion und Satelliteninformationen kann der Landwirt während der Vegetationsperiode wichtige Managemententscheidungen in Bezug auf Bewässerung, Krankheits- und Schädlingsbekämpfung sowie zusätzliche Düngergaben treffen. Verbesserung des Nährstoffmanagements: die richtige Menge und der richtige Zeitpunkt für höhere Erträge und eine bessere Qualität der Kulturen. Für das Demonstrationsfeld, das in diesem Vortrag verwendet wurde, schätzte die Ertragsvorhersagelösung einen durchschnittlichen Ertrag von 22 bu/acre, was aufgrund eines trockenen Jahres sehr schlecht ist, während die durchschnittlichen kombinierten Erträge bei 20 bu/acre lagen. Wie bereits erwähnt, sollte ein IoT-Feldgerät mit einer Vorhersage auf Feldebene Hand in Hand gehen, um bessere Managemententscheidungen zu treffen und so das unkontrollierbare Risiko zu verringern, dem ein Landwirt im Tagesgeschäft ausgesetzt ist.

Über den Autor:
Guy Ash hat in den letzten 30 Jahren als Agrarmeteorologe und Spezialist für Erdbeobachtungswissenschaften gearbeitet. Derzeit ist er der Global Training and Key Accounts Manager in Kanada für Pessl Instruments, Österreich. Pessl Instrument ist ein IoT-Unternehmen, das Hardware (Logger und Sensoren) und Softwarelösungen herstellt, die auf den Agrarsektor ausgerichtet sind. Wir arbeiten in über 85 Ländern und haben über 70.000 Geräte und 700.000 Sensoren für eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Anwendungen im Einsatz: Krankheitsmanagement, Bewässerung, Bodenfeuchtigkeit, Insektenfallen, Erntekameras, Wetterstationen, Bodenfruchtbarkeit usw. Eine seiner Aufgaben ist es, weltweit Schulungen für eine umfangreiche Liste von IoT-Lösungen für eine Vielzahl von Kulturen anzubieten - Reis, Weizen, Sojabohnen, Orangen, Mais, Raps, Futtermittel, Trauben, Obst und Gemüse usw.

Guy Ash,METOS^® Global Training Manager