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© VISTA 2019 No. 1
Dr. Heike BachGründerin und CEO
VISTA Geowissenschaftliche Fernerkundung GmbH, München
Satellitenbasierte Dienste in Hydrologie und Landwirtschaft
seit 2017 BayWa AG Mehrheitseigner
Satelliten- und modellgestützte Stickstoffdüngung
Symposium: Halle, 6. Mai 2019
Wege in eine nachhaltige Stickstoffwirtschaft
© VISTA 2019 No. 2
TalkingFields Service Angebot
www.talkingfields.de
Kunden global verteilt, derzeit in 25 Ländern; Vertriebspartner
© VISTA 2019 No. 3
Sentinel-2
ESA UNCLASSIFIED – For Internal Use
Was zeichnet COPERNICUS aus?Programm der EU und ESA zur Erdbeobachtung mit Satelliten. Alle Daten sind offen und frei. Finanziert vorerst bis 2035.
Sentinel-2 Satelliten für die Landwirtschaft besonders interessant.
Sentinel-2:Länge: 3.4 m, Breite: 1.8 m, Höhe: 2.35 mGewicht: 1140 kgWiederkehrzeit: 2-5 Tagekartierte landw. Fläche pro Tag: >100 Mio. haTägliche Daten: ca. 4.6 TByteKosten der Sensorik: 120 Mio. €Kosten je Satellit: 320 Mio. €
© VISTA 2019 No. 4
Satelliten- und modellgestützte InformationsgewinnungVISTA‘s spezielles Know-how für Big Data Analysen
PROMET (Mauser & Bach, J. of Hydrology 2009)Multiskaliges Landoberflächenprozessmodell
SLC (Verhoef & Bach, RSE 2003, 2007 und 2012)Strahlungstransfermodell für Boden, Blatt, Bestand und Atmosphäre
Landoberflächenprozesse
Strahlungstransfer Atmosphäre
Strahlungstransfer Landoberfläche
Big Data Prozessierung z.B. mithttp://foodsecurity-tep.net/
© VISTA 2019 No. 5
Zeitliche Entwicklung der Blattfläche ausgewählter Schläge und simulierte Ertragsbildung
Wie dynamisch ist das Monitoring mit Sentinel-2?4 Monate im Frühjahr 2018, Filderstadt/Hohenheim
© VISTA 2019 No. 6
Stickstoffdüngung mit Hintergrundkarte Ertragspotential: Nutzung der TalkingFields Basiskarte und PROMET Simulationen
Ertragspotential [t/ha]
TalkingFieldsErtragspotentialkarte (letzte 15 Jahre)
Gemessener Ertrag Jahr x
TalkingFields Basiskarte (5-10 Jahre)
Kornertrag [t/ha]
Input:Karten und Tabellen
Soil Vegetation
Sortenspezifische Parameter
Wetterdaten15 Jahre
© VISTA 2019 No. 7
Nutzung von Sentinel-2 für die Stickstoffdüngung: Monitoring der Stickstoffaufnahme der Bestände mit SLC
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.45 0.65 0.85
Re
fle
xio
n [
%]
Wellenlänge [µm]
Chlorophylunter-schiede zeigen sich in speziellen Absorptionen und im “red edgeshift”
Chl = 34Chl = 68
(Gitelson, 2014)Nitr
atge
halt
Bes
tand
(g/m
²)
Chlorophyllgehalt Bestand (g/m²)
Blattfläche [m²/m²] Chlorophyllgehalt [µg/cm²]
Empirische Beziehung zwischen Chlorophyllgehalt des Bestandes und N-Aufnahme
© VISTA 2019 No. 8
➢ Warum ist der Landwirt daran interessiert?➢ Sind die Verfahren denn schon operationell?➢ Wie kann der Landwirt den Service einfach nutzen?
Serviceangebot NManager und NManager Pro
Satelliten- und modellgestützte Stickstoffdüngung
© VISTA 2019 No. 9
TalkingFields Ertragspotentialkarte, auf deren Basis die erste Düngung ausgebracht wird.
Teilflächenspezifische N-DüngungWarum macht das Sinn aus Sicht der Landwirte?
Quelle: J. Bosch, FarmFacts
© VISTA 2019 No. 10
12 t
11 t
10 t
9 t
8 t
7 t
6 t
270
250
220
200
180
160
135
kg N/ha
In Niedrigsertragszonen zuviel Dünger➔ Geldverschwendung➔ Umweltbelastung➔ N-Effizienz 75-90%
Tatsächlicher Ertrag im Schnitt
In Hochertragszonen zu wenig Dünger➔ Verlust von Ertrag/Qualität➔ Einnahmenverluste➔ Raubbau am Humus
N-Düngung
Ertrag
Ertragspotential im Schnitt
N-Düngung nach Düngeverordnung -gesetzeskonform aber suboptimal
Quelle: J. Bosch, FarmFacts
© VISTA 2019 No. 11
12 t
11 t
10 t
9 t
8 t
7 t
6 t
270
250
220
200
180
160
135
Kg N/ha
Tatsächliche Ernte
N im Schnitt
Ertragspotential voll ausgeschöpft.
Keine UmweltbelastungBesser als die DüV
Optimale Düngermenge90 - 100% N-Effizienz
Teilflächenspezifische N-Düngung mit NManagernach dem TalkingFields Ertragspotential
Quelle: J. Bosch, FarmFacts
© VISTA 2019 No. 12
7.08.09.0
10.0
0
1
2
3
4
5
01.03.2019 01.04.2019 01.05.2019 01.06.2019 01.07.2019
Bla
ttflä
che
[m²/m
²] Kalibrierung mitSatellitendaten
Ertragspotential*)
N-Aufnahme bis zu den Düngegaben
N2 N3N1
*) langjährig-
N-Applikationskarten
≤ 10203040
≤ 405060
> 70
Aktuelles Beispiel der Düngung mit NManagerPro:Weizenschläge 2019 in Württemberg
Erstellung der Applikationskarten unterstützt durch
60708090
Vorwärtssimulation mit Pflanzenwachstums-modell PROMET
t/ha kg N/ha
kg N/ha
© VISTA 2019 No. 13
N-Bedarfsplanung zu Saisonbeginn nach Ertragspotential oder Gesamt- bedarf nach dynamischer Nutzung von NManagerPro
• NmanagerPro kann je nach aktueller Pflanzenentwicklung die Ausbringmuster noch verschärfen
• In 2019 wurden N Gaben zumeist nach unten geregelt wegen geringer beobachteter N-Aufnahmen
• Auswertungen zu Auswirkungen auf Ertrag und N-Effizienz für 2019 noch ausstehend
• Frühere Auswertungen z.B. von der FH Kiel (Reckleben) und der DLG zeigten sehr positive Ergebnisse.
© VISTA 2019 No. 14
Wie kann die Satelliten- und modellgestützte Stickstoffdüngung noch verbessert werden?
Aktuelle Forschung zur besseren zeitlichen Empfehlung der Stickstoffdüngung in Abhängigkeit der Mineralisierung im Boden
Nnnovative
Verbundprojekt mit LMU München (Prof. Mauser, Dr. Hank)BMWi Förderung; Start: 1.1.19
Runoff
# 182.2.2017
Soi l
Veg
etat
ion
Atm
osph
ere
TranspirationH2O CO2
Photosynthesis
Allocation &Growth
Respiration
N Fertilization & Deposition
Precipitation Interception
Radiation
Sensible & Latent Heat Flux
Evap
ora
tio
n
Infi
ltra
tio
n
Soil Heat Flux
Lateral Flow
Percolation
Capillary Rise
Root N Uptake
N-Leaching
C-Storage
Root Water
UptakeN-Trans-
formation
PROMET attributes:• physically based• spatially distributed• raster based 10m–1km• hourly calculations
Simulation of plant growth + water, carbon and nutrient cycle
© VISTA 2019 No. 15
Simulation der zeit-räumlichen Nährstoffdynmaik im Boden mit PROMET und unter Nutzung von Satelliteninformationen
Quelle: T. Hank, LMU
© VISTA 2019 No. 16
Zusammenfassung und Fazit
• Satelliten und Simulationen können die Effizienz der Stickstoffdüngung deutlich erhöhen
• Ziel ist eine 100% Nährstoffeffizienz und kein Eintrag ins Grundwasser
• Angebote zur teilflächenspezifischer Düngung sind für Landwirte verfügbar aber mit variabler Güte / Nachvollziehbarkeit
• Einführungshürden in der Praxis sind klar erkennbar, auch wenn vorgestellte Techniken minimale Investitionskosten erfordern.
• Integration in normale Geschäftsprozesse der Landwirte essentiell.
• Aber: die Verfahren sind (noch?) nicht akkreditiert und somit besteht eine Gefahr, dass der Landwirt nicht rechtlich abgesichert ist, wenn er optimal Stickstoff düngen will.