Effect van precisiebemesting met stikstof op opbrengst en kwaliteit

De ontwikkelingen rond teeltoptimalisatie, waaronder op de markt komende sensoren en diensten voor gedetailleerde bodemkartering, zijn aanleiding geweest voor het Productschap Akkerbouw (PA) om opdracht te geven aan het Hilbrandslaboratorium voor Bodemziekten (HLB) en BLGG AgroXpertus voor onderzoek naar de bruikbaarheid van genoemde diensten en sensoren voor de praktische landbouw, en dan vooral als instrument voor precisiebemesting. Nadrukkelijk moest bij de uitvoering van deze evaluatie ook een viertal praktijkbedrijven verspreid over Nederland worden betrokken.

Het onderzoek heeft heel veel informatie opgeleverd; zowel over de praktische waarde van sensoren en diensten als over (technische) problemen en verbeterpunten.
In het eerste seizoen is vooral gekeken naar gedetailleerde bodembemonstering via sensoren en is er een inventarisatie gemaakt van de aangeboden diensten en sensorsystemen. In het tweede seizoen 2008-2009 is een viertal bemestingsmethoden met elkaar vergeleken: 1) plaatsspecifieke bemonstering op bodemstikstof, 2) satellietgebaseerde remote sensingbeelden (CropView, MijnAkker), 3) sensingdata verkregen met trekker/werktuig-gebaseerde sensoren en 4) verschillen in bodemprofiel (De Mol, EM38). Daarnaast waren op een paar percelen verschillende stikstofbemestingsniveaus aangebracht ter evaluatie. Uit dit onderzoek bleek er geen behandeling te zijn die een eenduidige positief effect op de opbrengst opleverde. Soms waren effecten positief, soms negatief.
In het teeltseizoen 2009-2010 is besloten om de N-bemesting tot één benadering te beperken, nl. op remote- en nearsensing gebaseerde systemen op de trekker van de telers. Daarnaast zijn de resultaten van de sensoren op de trekker vergeleken met resultaten van remote sensing via satellieten. De plaatsspecifieke N-bemestingsstrategie heeft in het seizoen 2010 goed uitgewerkt. Met compenseren van achterblijvende groei is er kunstmest bespaard, bij stimuleren van een goede gewasontwikkeling is er een opbrengstverhoging geconstateerd. De NDVI en individuele bodemparameters bleken op zichzelf geen of zelden een goede voorspeller van de eindopbrengst te zijn. De relatie tussen remote sensing-opnamen en eigen sensorwaarnemingen was redelijk goed.

Achtergrond

Er komen steeds meer precisielandbouw instrumenten en diensten beschikbaar zoals remote sensing via satelliet opnamen of sensoren op trekker of werktuig, diensten om de verschillen in de bodem in kaart te brengen, diensten voor gedetailleerde bodembemonstering, sensoren om het bodemvochtverloop continue te volgen en sensoren voor opbrengstmeting. Deze ontwikkelingen zijn voor het Productschap Akkerbouw aanleiding geweest voor onderzoek naar de bruikbaarheid van genoemde diensten en sensoren als instrument voor precisiebemesting op een viertal praktijkbedrijven.

In het eerste jaar is er een inventarisatie gemaakt naar de aangeboden diensten en sensor systemen.

In het tweede seizoen, 2008-2009, zijn een viertal methoden met elkaar vergeleken: 1) Bemesting op basis van plaats specifieke bemonstering op bodemstikstof, 2) Bemesting op basis van satelliet gebaseerde remote sensing beelden zoals van CropView en/of MijnAkker, 3) Bemesting op basis van remote sensing data verkregen met trekker/werktuig gebaseerde sensoren en 4) Stikstof bemesting gebaseerd op verschillen in bodemprofiel gemeten met De Mol en de EM38.

In het groeiseizoen 2009-2010 is het onderzoek beperkt tot op remote- en near sensing gebaseerde systemen.

Uitvoering

Het onderzoek is uitgevoerd op één perceel van een praktijkbedrijf op noordelijke zeeklei, op veenkoloniale grond, op zuidelijk zand en zuidwestelijke zeeklei. De percelen zijn gescand op natuurlijke gammastraling met deMol voor het vaststellen van bodemvariabelen in de bouwvoor. Er is een scan met een EM38 uitgevoerd op basis waarvan bodemprofielen zijn vastgesteld. Er zijn ondersteunende metingen uitgevoerd met een penetrologger.

Voor Voor near sensing zijn de GreenSeeker, de twee bands CropCircle en de drie bands CropCircle gebruikt. Alle drie de sensorsystemen berekenen de NDVI en de drie bands CropCircle ook de NDRE. Alle drie deze sensoren meten in verschillende golflengtebanden wat als consequentie heeft dat de NDVI’s niet met elkaar overeenkomen.

Voor remote sensing is gebruik gemaakt beelden van CropView, Loris en MijnAkker. CropView levert de WDVI als vegetatie index, Loris de NDVI en MijnAkker naast NDVI o.a de stikstof opname door het gewas. Van deze satelliet systemen is niet bekend welke golflengtes zijn gebruikt.

De opbrengsten die zijn vastgelegd met de oogstmachines van de boer zijn gebruikt voor het bepalen van het effect van de behandelingen op de opbrengst.

Resultaten

Praktische inzetbaarheid

Bodemscans kunnen in de winterperiode worden uitgevoerd en resultaten zijn op tijd beschikbaar voor de voorjaarsbemesting.

De boer heeft zelf in de hand om near sensing informatie te verzamelen. De praktijk leert dat op het moment dat die informatie nodig is er niet altijd een bespuiting heeft plaats gevonden.

Op dit moment (voorjaar 2011) is er één leverancier voor remote sensing opnamen (MijnAkker). Door bewolking is er niet altijd een opname beschikbaar en tussen de tijd van opname en beschikbaarheid van data is er een vrij (te) lange doorlooptijd. Er is nog geen webservice om die op te halen en er moet per telefoon gevraagd worden om de opname van een specifieke datum.

Kwaliteit van metingen

In het seizoen 2008-2009 zijn op de vier percelen vergelijkingen gemaakt tussen bodemvariabelen geschat met de Mol en uit die verkregen uit geanalyseerde bodemmonsters. Over de vier percelen is er voor meerdere bodemvariabelen een redelijke relatie, maar binnen de percelen wordt de aanwezige variatie in veel gevallen niet goed weerspiegeld. Dit kan een gevolg zijn van beperkte variatie binnen een perceel, maar wordt mede veroorzaakt doordat geanalyseerde bodemmonsters van vrij grote proefstroken afkomstig zijn, zodat variatie binnen die stroken is weggemiddeld.

In het seizoen 2008-2009 is een vergelijking gemaakt van bodemscans die in verschillende jaren op hetzelfde perceel zijn uitgevoerd. Op het perceel op de noordelijke klei is de relatie zwak, wat mede veroorzaakt is door de beperkte ruimtelijke variatie binnen dat perceel, maar op de zuidwestelijke klei en de veenkoloniale grond zijn er redelijke correlaties tussen de twee bodemscans.

De sensoren van de GreenSeeker geven alleen de NDVI. Deze vegetatie index heeft als eigenschap om bij een toenemende gewasontwikkeling te verzadigen en geen verschillen meer aan te tonen. Met een aanpassing in de software is het mogelijk om in de toekomst de WDVI, met een beter onderscheidend vermogen, in kaart te brengen.

Voorspellende waarde van de gemeten eigenschappen

Op percelen met weinig of beperkte variatie binnen het perceel geven bodemvariabelen nauwelijks een verklaring voor de gemeten opbrengstverschillen. Door het grote aantal punten binnen een perceel met waarnemingen van de bodemscan en een corresponderend aantal opbrengstmetingen zijn verschillen weliswaar significant, maar de correlatiecoëfficiënten in de range van 0.12 - 0.32 zijn erg laag.

Van EM38 waarnemingen afgeleide profielopbouw geeft voor alle vier gebruikte percelen een significante relatie met de opbrengst, maar ook hier zijn correlatiecoëfficiënten van 0.08 tot 0.37 erg laag.

De relatie tussen vegetatie indexen en eindopbrengst is niet eenduidig. In één jaar werd op één perceel in het zuidwesten een duidelijke relatie gevonden, maar in alle andere gevallen zijn de relaties zwak of zelfs afwezig. Aangelegde stikstoftrappen in wintertarwe zijn duidelijk terug te vinden in gemeten vegetatie indexen.

Bodem- en/of gewaseigenschappen als basis voor bemesting

In 2009 is een aantal grootheden gebruikt als basis voor plaatsspecifieke bemesting met stikstof. In de meeste gevallen is er wel een significant verschil, maar er is geen eenduidige lijn. Zoals tabel 1 aangeeft staat tegenover elk positief verschil ook wel een negatief verschil.

In 2010 is alleen de gemeten NDVI gebruikt voor het toepassen van plaatsspecifieke bemesting. Afhankelijk van de respons op bemestingstrappen is er gekozen voor of het compenseren van achterblijvende gewasontwikkeling of uitbaten van een betere gewasontwikkeling. Op de noordelijke klei was er een duidelijke respons en is er gecompenseerd. In het zuidwesten was er geen respons van de initiële gift en is er “uitgebaat”. Op het eerste perceel was de besparing van plaatsspecifiek bemesten ten opzichte van de standaardbehandeling van de boer 19 kg N/ha en was er sprake van een opbrengstreductie van 101 kg/ha wat een marginaal lager saldo van € 3,-/ha oplevert. Op het tweede perceel was de stikstofgift nagenoeg gelijk, maar de meeropbrengst van plaatsspecifiek bemesten 1.102 kg/ha wat € 242,-/ha hoger saldo oplevert.

Tabel 1. Overzicht van de effecten van de behandelingen op de opbrengst t.o.v. de standaardbehandeling. + = toename, - = afname en 0 = gelijk.

Behandeling	Zuidwest	Zuidelijk zand	Veenkoloniaal	Noordelijke klei
EM38	+	-	+	0
Remote sensing	-	0	+	+
Nblad MijnAkker	+	0
Greenseeker			+	-
N bemonstering	-	+	+	-
Standaard	0	0	0	0

Remote sensing = NDVI van MijnAkker, of WDVI van CropView. N bemonstering is precisiebemonstering. Nblad MijnAkker is het N gehalte van het blad zoals weergegeven door MijnAkker.

Conclusies

De voorspellende waarde van één enkele sensormeting; deMol, EM38, near sensing of remote sensing, op de opbrengst is gering.

Het sturen op één enkele grootheid; N bemonstering van de bodem, NDVI, EM38 waarnemingen en bodemscans en schatting van N in het blad levert geen consistente resultaten op.

Reflectiemetingen zijn goed in staat effecten van stikstoftrappen aan te geven. Als dat effect niet zichtbaar is, geeft dat een indicatie dat stikstof tot dat moment niet beperkend was. De te volgen strategie kan hier op worden afgestemd. Het is de moeite waard om het principe van stimuleren van een betere gewasontwikkeling verder te onderzoeken.

In een aantal situaties doen zich opbrengstverschillen voor die met de beschikbare informatie niet zijn te verklaren. Blijkbaar zijn er (combinaties van) andere factoren die de opbrengstverschillen veroorzaken.

Aanbevelingen

Een aantal aandachtspunten voor toekomstig onderzoek op praktijkbedrijven is: 1) kalibreren van sensoren voor opbrengstmeting en remote sensing, 2) Verzamel ruwe reflectiedata zodat meerdere vegetatie indexen kunnen worden berekend, 3) gebruik geen centrifugaal strooiers voor onderzoek, 4) gebruik een RTK GPS ontvanger op de ter controle van de maaibreedte, 5) beperk het aantal te toetsen behandelingen, 6) leg bij de initiële bemesting stikstoftrappen aan, 7) het scenario om bij een betere gewasontwikkeling meer stikstof toe te dienen moet verder worden getoetst, 8) Bodemverschillen moeten in de bemestingstrategie worden betrokken en 9) schenk aandacht aan andere beperkende factoren zoals micronutriënten, vochtvoorziening en verdichting.