DE102013012793A1

DE102013012793A1 - Verfahren zur sensorgestützten Erfassung von örtlichen Boden- und lokalen Klimadaten zur Qualitäts- und Ertragenssteigerung beim Anbau von Kulturpflanzen

Info

Publication number: DE102013012793A1
Application number: DE102013012793.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Scheibert; Joachim Sommer; Andreas Schaubs; Kersten Roselt
Original assignee: JENA GEOS INGENIEURBUERO GmbH; Jena-Geos-Ingenieurbuero GmbH
Current assignee: JENA GEOS INGENIEURBUERO GmbH; Jena-Geos-Ingenieurbuero GmbH
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sensorgestützten Erfassung von örtlichen Boden- und lokalen Klimadaten zur Qualitäts- und Ertragssteigerung beim Anbau von Kulturpflanzen unter Rückgriff auf ein dreidimensionales Profil zum Bodenzustand, welches durch kontinuierliche Datenerfassung laufend oder in Schritten aktualisiert wird. Hieraus wird ein Versorgungsmodell für Bewirtschaftungsentscheidungen erstellt und diesbezüglich lokale, für die betrachtete Fläche relevante Klimadaten sowie aktuell gemessene Pflanzenwachstumsdaten integriert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sensorgestützten Erfassung von örtlichen Boden- und lokalen Klimadaten zur Qualitäts- und Ertragssteigerung beim Anbau von Kulturpflanzen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 1 392 101 B1 ist ein System zur selbsttätigen Überwachung und Erhaltung pflanzlicher Kulturen über computergesteuerte Bewässerung und Nährstoffabgabe vorbekannt. Diesbezüglich ist eine Vielzahl von festgelegten Sensoren vorhanden, wobei jeder Sensor in einer Position relativ zu einer oder mehreren für den Sensor vor Ort befindlichen Pflanzen angeordnet ist, um solche Parameter zu überwachen, die für das Wachstum der Pflanzen verantwortlich sind. Darüber hinaus ist ein Regelungssystem vorhanden, das mit den Sensoren gekoppelt ist, um Signale von den Sensoren zu empfangen. Weiterhin sind Abgabevorrichtungen in Form von Leitungen vorhanden, um den Pflanzen Nährstoffe und Wasser gezielt zuführen zu können. Die Sensoren umfassen z. B. optische Sensoren, aber auch Sensoren zur Bestimmung der Blattfeuchte oder zur Ermittlung möglicher Pflanzenerkrankungen.
Bekannt ist weiterhin ein sensorgestütztes Bewässerungssystem nach US 8,366,017 B1 . Diesbezüglich werden in Echtzeit klimatische Daten ermittelt, um eine den tatsächlichen Erfordernissen entsprechende Versorgung von Kulturpflanzen zu bewerkstelligen.
Zur Steigerung des Ertrags wirtschaftlich genutzter Kulturböden bei intensiver Bewirtschaftung ist es aus der DE 10 2008 006 387 A1 bekannt, eine Bodenanalyse durchzuführen, um dann eine auszubringende Düngemittelmenge zu ermitteln. Um nun unterschiedliche Geländestrukturen und Abweichungen in der Bodenqualität berücksichtigen zu können, werden gemäß DE 10 2008 006 387 A1 Messkapseln eingesetzt, welche die Konzentration an Pflanzennährstoffen in Kulturböden auf direktem Wege bestimmen. Die Messkapseln werden im Boden platziert und stehen daher im direkten Kontakt zur Umgebung. Während des Ausbringvorgangs von Düngemitteln ermitteln die Messkapseln Messwerte über den Versorgungszustand. Die gewonnenen Messwerte dienen der Ausbringtechnik als Stellgröße zur Steuerung der Ausbringmenge. Um eine Messung über eine vorgegebene Nutzfläche hinweg zu unterstützen, ist eine gleichmäßige Verteilung einer vorbestimmten Anzahl von Messkapseln je Flächeneinheit vorgesehen.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur sensorgestützten Erfassung von örtlichen Boden- und lokalen Klimadaten zur Qualitäts- und Ertragssteigerung beim Anbau von Kulturpflanzen anzugeben, welche die Entscheidungsfindung im Pflanzenbau vereinfacht und durch vom Nutzer akzeptierte erfasste Daten nachvollziehbarer gestaltet. Mit dem Verfahren soll eine zielgenaue und bedarfsorientierte Anwendung von wachstumsfördernden Mitteln als wesentliches Kriterium zur Effizienzsteigerung möglich werden. Durch eine sensorgestützte und teilflächenspezifische Systembetrachtung ist es weiteres Ziel, eine positive Wirkung auf die Systemumwelt zu bewirken, die wiederum eine Folge einer verminderten Belastung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre gemäß Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Es wird demnach von einem Verfahren zur sensorgestützten Erfassung von örtlichen Boden- und lokalen Klimadaten zur Qualitäts- und Ertragssteigerung beim Anbau von Kulturpflanzen ausgegangen. Unter Ertragssteigerung ist hier auch eine im Weinbau verstärkt anzufindende Ertragssteuerung zu verstehen.
Erfindungsgemäß erfolgt zunächst ein Ermitteln des jeweiligen Bodenzustands auf der Basis sensorisch erfasster Daten mindestens zum Feuchtegehalt und zur Nährstoffverteilung bezüglich einer vorgegebenen Fläche oder ausgewählten Teilfläche und bis hin zu einer vorgegebenen Tiefe. Hieraus erfolgt dann die Erstellung eines dreidimensionalen Profils zum Bodenzustand, welches durch kontinuierliche Datenerfassung laufend oder in Schritten aktualisiert wird.
Im Unterschied zu bekannten Lösungen wird also nicht nur punktuell der Bodenzustand bestimmt, sondern ein dreidimensionales Profil unter Berücksichtigung der geologischen Zustände gewonnen. Es hat sich dabei gezeigt, dass bezüglich der Tiefe des Profils üblicherweise zwei bis drei Meter ausreichend sind. Durch eine auch tiefenmäßige Bodenanalyse mit Bodenprofilermittlung können örtlich unterschiedlich gegebene Feuchterückhaltewerte bestimmt und eine ganz individuelle Bewässerung und Nährstoffzugabe erfolgen.
Auf der Basis des dreidimensionalen Profils zum Bodenzustand wird ein Versorgungsmodell für Bewirtschaftungsentscheidungen erstellt. Dieses Modell basiert auf einer über einen signifikanten Zeitraum betrachteten Veränderung des dreidimensionalen Profils zum Bodenzustand.
Beispielsweise kann die Veränderung des Bodenzustands nach größeren Niederschlägen ermittelt und diesbezüglich auf Speichereigenschaften des Bodens geschlossen werden, was wiederum für die lokale Versorgung bei zukünftigen, möglicherweise anstehenden Trockenperioden von hoher Relevanz ist.
Weiterhin werden erfindungsgemäß lokale, für die betrachtete Fläche relevante Klimadaten in das Versorgungsmodell integriert. Ebenso werden aktuell gemessene Pflanzenwachstumsdaten zur Bestimmung der Wachstumsdynamik in das geschaffene Versorgungsmodell eingearbeitet, um eine Korrelation Ursache/Wirkung in einer für die betrachtete Fläche relevanten Art und Weise feststellen und für die Bestimmung von Bewirtschaftungsentscheidungen nutzen zu können.
Letztendlich werden die aus dem Versorgungsmodell berechneten Daten so aufbereitet, dass prognostische Vorschläge für an sich bekannte Bewirtschaftungsmaßnahmen bereitgestellt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der vorgegebenen Fläche oder Teilfläche eine Vielzahl von Messkapseln zum Erfassen des Bodenversorgungszustands verlegt, wobei die Messkapseln, wie bereits erläutert, Daten aus unterschiedlichen Bodentiefen bereitstellen.
An ausgewählten Pflanzen der vorgegebenen Fläche können Dendrometer zur Wachstumsbestimmung angebracht sein. Die Datenauswertung erfolgt entweder über einen Datenkollektor mit zyklischer Übertragung auf drahtlosem Wege oder über ein Datenauslesen mittels Transponder bei Begehung der relevanten Fläche.
Die lokalen Klimadaten werden über eine Kombination von auf der Fläche befindlichen Sensoren und deren Messdaten und solchen Daten bestimmt, die von kommerziellen oder nicht kommerziellen meteorologischen Anbietern stammen.
Die lokalen Klimadaten umfassen insbesondere Daten zur Sonneneinstrahlung, Windbelastung und zu Niederschlagsmengen.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden die Vorschläge für Bewirtschaftungsmaßnahmen unter Berücksichtigung einer für die vorgegebene Fläche relevanten meteorologischen Vorschau bereitgestellt.
Die Vorschläge für die Bewirtschaftungsmaßnahmen können über eine spezielle Anwendungssoftware, als eine sogenannte App für Mobilfunkgeräte auf diesen dargestellt bzw. angezeigt werden.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine datenbankgestützte Protokollierung des dreidimensionalen Profils des Bodenzustands und durchgeführter Bewirtschaftungsmaßnahmen vorgenommen. Dies dient einerseits der Qualitätssicherung sowie andererseits einer langfristigen Bewertung einer Ertragsentwicklung oder aber auch der Auswahl bestimmter Pflanzensorten oder eines zusätzlichen, z. B. schattenspendenden Bewuchses oder dergleichen.
Bezüglich der Pflanzenwachstumsdaten besteht ergänzend die Möglichkeit, eine Online-Blattanalyse vorzunehmen, und zwar auf der Basis einer Sensorik, welche eine Vitalitätsbestimmung ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt insbesondere zur Anwendung im Weinanbau und kann der Bestimmung und Bereitstellung von Bewirtschaftungsdaten dienen, die auf eine Gruppe von Rebstöcken eines bestimmten Terrains bezogen sind.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Diesbezüglich wird davon ausgegangen, dass bestimmte bodenphysikalische Parameter bis zu einer Tiefe von zwei bis drei Metern unter Geländeoberkante, in bestimmten Einzelfällen auch darunter, von höchster Bedeutung für Ertrags- und Qualitätsbildungsprozesse von Kulturpflanzen sind.
Die bodenphysikalischen Parameter stellen sich jedoch als sehr dynamische Werte dar, d. h. sie verändern sich zeitlich und räumlich. Die Erfassung der Parameter ist üblicherweise sehr aufwendig. Folgende Bodenkennwerte sind von besonderer Bedeutung: Bodenwasserhaltsdaten, verfügbarer Pflanzenwurzelraum, Nährstoffgehalte, Bodenstruktur wie Gefüge, Dichte und Porosität sowie Temperaturverteilung im Boden.
Es hat sich gezeigt, dass statische und dynamische Bodenparameter sowie Ertrags- und Qualitätsbildungsprozesse von Kulturpflanzen in sehr engem Zusammenhang mit klimatologischen Parametern stehen, weshalb standörtliche Klimadaten in die Betrachtungen der Systemeinheit Boden-Klima-Pflanze zu integrieren sind.
Gemäß Ausführungsbeispiel werden die Bodendaten durch den Einsatz von speziellen Sensoren und deren Anordnung, durch Probenahmen mit nachfolgenden Laboranalysen sowie durch bodenkundliches Monitoring bestimmt. Dies erfolgt dynamisch über das gesamte Bodenprofil zur Schaffung eines Modells, das dazu dient, die Nährstoff- und Wasserzufuhr und Bewirtschaftungsentscheidungen zu verbessern sowie dem entsprechenden Betreiber Informationen über den aktuellen Bodenzustand und einen zu erwartenden Ertrag bereitzustellen.
Weiterhin werden die Bodendaten mit programmspezifisch definierten, sensorisch ermittelten standörtlichen Klima- und Pflanzendaten, z. B. mittels eines an der Pflanze angebrachten Dendrometers korreliert, so dass letztendlich die Wachstumsdynamik der Pflanzen bestimmbar ist.
Je nach Art der angebauten Kulturpflanzen wird eine Anpassung bei der Auswahl und Erfassung relevanten Daten vorgenommen und/oder eine veränderte Sensorkonfiguration zur Boden- und Klimadatenerfassung realisiert.
Die ermittelten Daten werden letztendlich aufbereitet und so verknüpft, dass der Betreiber und Nutzer schnell und reproduzierbar Informationen zum System Boden-Klima-Pflanzen erhält, um richtige Entscheidungen bezüglich kurzfristiger Bewirtschaftungsmaßnahmen wie Düngung, Beregnung oder Bodenbearbeitung treffen zu können.
Mittel- und längerfristig können Entscheidungen zur Sortenwahl, Anbauverfahren, Begrünung und so weiter getroffen werden, und zwar unter Rückgriff auf die erwähnte datenbankgestützte Protokollierung des dreidimensionalen Bodenprofils.
Zur Kommunikation und Bereitstellung der Bewirtschaftungsdaten wird auf Anwendungssoftware zurückgegriffen, die z. B. auf ein mobiles Endgerät geladen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1392101 B1 [0002]
US 8366017 B1 [0003]
DE 102008006387 A1 [0004, 0004]

Claims

Verfahren zur sensorgestützten Erfassung von örtlichen Boden- und lokalen Klimadaten zur Qualitäts- und Ertragssteigerung beim Anbau von Kulturpflanzen, gekennzeichnet durch folgende Schritte – Ermitteln des jeweiligen Bodenzustands auf der Basis sensorisch erfassbarer Daten mindestens zum Feuchtegehalt und zur Nährstoffverteilung bezüglich einer vorgegebenen Fläche bzw. Teilfläche und bis zu einer vorgegebenen Tiefe sowie Erstellung eines dreidimensionalen Profils zum Bodenzustand, welches durch kontinuierliche Datenerfassung laufend oder in Schritten aktualisiert wird; – Erstellen eines Versorgungsmodells für Bewirtschaftungsentscheidungen auf der Basis der über einen signifikanten Zeitraum betrachteten Veränderung des dreidimensionalen Profils zum Bodenzustand; – Integrieren von lokalen, für die betrachtete Fläche relevanten Klimadaten in das Versorgungsmodell einschließlich Berücksichtigung aktuell gemessener Pflanzenwachstumsdaten zur Bestimmung der Wachstumsdynamik und – Aufbereiten der aus dem Versorgungsmodell berechneten Daten und Bereitstellen von prognostischen Vorschlägen für an sich bekannte Bewirtschaftungsmaßnahmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der vorgegebenen Fläche eine Vielzahl von Messkapseln zum Erfassen des Bodenversorgungszustands verlegt sind, wobei die Messkapseln Daten aus unterschiedlichen Bodentiefen bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an ausgewählten Pflanzen der vorgegebenen Fläche Dendrometer zur Wachstumsbestimmung angebracht sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Klimadaten über eine Kombination von auf der Fläche befindlicher Sensoren und deren Messdaten und Daten kommerzieller oder nicht kommerzieller meteorologischer Anbieter bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Klimadaten Sonneneinstrahlung, Windbelastung und Niederschlag umfassen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschläge für Bewirtschaftungsmaßnahmen unter Berücksichtigung einer für die vorgegebene Fläche relevanten meteorologischen Vorschau bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschläge für Bewirtschaftungsmaßnahmen über eine Anwendungssoftware für Mobilfunkgeräte übermittelt und dargestellt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine datenbankgestützte Protokollierung des dreidimensionalen Profils des Bodenzustands und durchgeführter Bewirtschaftungsmaßnahmen vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenwachstumsdaten über eine Online-Blattanalyse gewonnen werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch dessen Anwendung im Weinanbau.