Sensingsystemen voor bodem en gewas ten behoeve van precisielandbouw

In dit literatuuronderzoek zijn diverse systemen geïnventariseerd die de bodemvruchtbaarheid of gewastoestand plaatsspecifiek in kaart brengen. De beschikbare systemen worden vergeleken en er wordt een overzicht gegeven van enkele kenmerken van de diverse systemen. Beoordeling van de praktische bruikbaarheid, de kosten, de wetenschappelijke basis en nauwkeurigheid van de systemen komen eveneens aan bod. Het onderzoek is uitgevoerd in opdracht van Kennis op de Akker (KodA).

Inleiding

Met de introductie van GPS-plaatsbepalingstechnieken en de snelle ontwikkelingen op het gebied van sensoren en bemonsteringstechnieken zijn de mogelijkheden van precisiebemesting sterk toegenomen. Gewasopbrengst en kwaliteit variëren vaak sterk op percelen met een grote variatie in bodemvruchtbaarheid en bodemvocht. Door precisiebemesting kunnen groeiomstandigheden optimaler en homogener worden waardoor ook de gewasopbrengst en kwaliteit optimaler en homogener zal zijn.
Vanwege de strengere wet- en regelgeving hebben ook de telers zelf met name de behoefte om de (stikstof)bemesting van gewassen beter te sturen. Hiervoor dient de mineralengift nauwkeuriger afgestemd te worden op de behoefte.

Nieuwe technieken om variatie te meten doen hun intrede en de teler kan in Nederland inmiddels kiezen uit tenminste acht leveranciers van perceelskaarten van de bodemvruchtbaarheidsituatie en adviezen op het gebied van precisiebemesting. Adviezen voor precisiebemesting komen in de plaats van conventionele methoden.
Om als teler gebruik te maken van deze nieuwe technieken zijn de volgende aspecten echter wel van belang:

• De kaarten van de bodemvruchtbaarheid en de variatie daarvan in een perceel moeten waarheidsgetrouw zijn;
• De gevonden variatie in de bodemvruchtbaarheid moet kunnen worden omgezet in een juist en toepasbaar advies;
• Het product moet tegen een acceptabele prijs geleverd kunnen worden;
• De akkerbouwer moet bereid zijn om te investeren in apparatuur om plaatsspecifieke toepassingen te kunnen verrichten of moet dit willen uitbesteden;
• De investeringskosten moeten zich kunnen terugverdienen via netto kostenbesparingen, hogere opbrengsten en/of een betere kwaliteit van het gewas.

Voor telers is vaak niet duidelijk welke waarde en betekenis deze toepassingen hebben voor de bedrijfsvoeringen. Onduidelijk is op dit moment of de beschikbare systemen een beter beeld geven dan kaarten die worden gemaakt op basis van conventionele grondbemonstering en –analyse. Daarnaast is er nog geen duidelijk beeld van wat nu de voor- en nadelen zijn van de beschikbare systemen voor precisiebemesting.
Een overzicht van beschikbare systemen en diensten is daarom gewenst.

Technieken

Grofweg kunnen er twee benaderingen worden onderscheiden voor het bepalen van de ruimtelijke variatie. Enerzijds zijn er sensingmethoden die bodemeigenschappen plaatsspecifiek in kaart brengen, anderzijds zijn er technieken die indirect de bemestingsbehoefte van het gewas bepalen door de variatie in gewasontwikkeling gedurende het seizoen in de gaten te houden.

Voor sensing van de bodem zijn er in Nederland twee niet destructieve methoden (methoden waarbij de bodem niet wordt verstoord) voor het bepalen van bodemeigenschappen met GPS commercieel beschikbaar. Dit zijn:

1. Bodemprofielbepaling m.b.v. elektromagnetische inductie;
2. Bodemkenmerkenbepaling door meting van de natuurlijke gammastraling.

Gedurende het groeiseizoen zijn er verschillende methoden om plaatsspecifiek een beeld te krijgen van de gewasontwikkeling binnen een perceel. De diverse methoden maken alle gebruik van metingen van de gewasreflectie en een daaruit berekende vegetatieindex. Sensing van het gewas berust op het principe dat variatie in de vegetatieindex een afspiegeling is van de variatie in gewasvitaliteit.
Er zijn twee vormen van gewassensing te onderscheiden:

1. de zogenaamde ‘near sensing’-systemen; systemen die vlak boven het gewas meten, bijvoorbeeld vanaf de trekker;
2. de ‘remote sensing’-systemen; sytemen die de groenheid van het gewas meten vanaf een satelliet of vliegtuig.

De werkingsprincipes van alle systemen worden in het rapport uitgebreid beschreven, waarna wordt ingegaan op de toepassing van deze technieken in de precisielandbouw en het aanbod van deze producten wordt besproken.

Discussie

Het 'on-line' meten van de gewasreflectie, zoals dit mogelijk is met de GreenSeeker, de Yara-N- sensor of de CropCircle, is wellicht de meest eenvoudige en snelle methode voor plaatsspecifieke bemesting. Een meting van de hoeveelheid bladgroen wordt namelijk direct door vertaald naar een stikstofgift. Doordat alle data intern verwerkt worden, is een koppeling met een managementsysteem niet nodig en kunnen eventuele problemen met standaardisatie en gegevensuitwisseling worden voorkomen. Om er mee te werken dienen er echter wel rekenprogramma’s te zijn voor het betreffende gewas die de juiste bemesting berekent. Deze rekenregels zijn tot op heden alleen nog maar voor een beperkt aantal gewassen goed uitgewerkt. Voor de andere gewassen zijn de systemen wel te gebruiken voor een directe stikstofbijmesting door uit ervaring de referentiegift in te schatten, maar is het het beste als er een stikstof-venster wordt aangelegd. Het omgekeerde venster dient representatief gekozen te worden voor het hele perceel. De locatie van het venster is dus vrij kritisch. Daarnaast dienen er nog een aantal parameters ingevoerd te worden. Dergelijke systemen vragen dus wel wat kunde en kennis van de teler.
Een groot voordeel van de near-sensing systemen is de onafhankelijkheid. Een teler kan zelf het moment bepalen waarop de metingen verricht worden, bij het gewenste groeistadium van zijn gewas, en is daarmee niet afhankelijk van de aanlevering van bladgroenkaarten door derden. Daarbij is het een groot voordeel dat de metingen onder alle weersomstandigheden verricht kunnen worden. Bij de aanwezigheid van een actieve sensor (eigen lichtbron) is het zelfs mogelijk om ’s avonds of ’s nachts metingen uit te voeren. Een nadeel van deze systemen is echter wel de hoge aanschafprijs.
Het LORIS product is veel goedkoper. De teler is dan echter wel afhankelijk van derden (de leverancier), maar hoeft zelf dan helemaal niets aan te schaffen. Bij de remote sensingsystemen als LORIS bestaat ook het risico dat de beelden te laat voor de teler worden geleverd en een bijmestadvies op dat moment niet meer zinvol is. Een belangrijke vraag blijft echter ook hoe goed de stikstofbehoefte bepaald kan worden door het meten van de ‘groenheid’ van het gewas. De werking van dergelijke systemen berust namelijk op het principe dat een minder groene bladkleur geassocieerd wordt met een (dreigend) stikstoftekort, terwijl de oorzaak van een geheel andere aard kan zijn, zoals een slechte bodemstructuur of vochtgebrek. Deze systemen laten dus ook niet de oorzaken zien van zichtbare verschillen in gewasgroei.

De bodemsensingsystemen tonen juist wel de variatie van de bodem in het perceel. De kaarten die hier uit voortkomen bieden dus een mogelijke verklaring voor de verschillen in gewasgroei. Mogelijk wordt dit bijvoorbeeld veroorzaakt door verschillen in voedingsstoffen of uitspoelinggevoeligheid. Hierbij dient echter wel opgemerkt te worden dat de bodemkaarten die gemaakt worden aan de hand van de ‘Mol’ slechts de bodemkarakteristieken weergeven van de bouwvoor (0-30 cm). Voor graangewassen is de informatie verkregen via dit systeem daarom minder van toepassing. Hiervoor zijn de profielkaarten van de EM38-metingen wel toereikend. De metingen vinden plaats tot 120 cm diepte. De resulterende profielkaart geeft mogelijk een antwoord op de lokalisatie van verdichte lagen of scherpe overgangen in de textuur van de grond waardoor de beworteling van het gewas verhinderd wordt. Er dient echter wel vermeld te worden dat de ervaringen met de mogelijkheden en de kwaliteit van 'de Mol'-kaarten wisselend zijn.
Over de betrouwbaarheid van de toegepaste rekenregels voor het omzetten van de metingen naar de een bodemvariabele is nog onvoldoende bekend. Er is ook nog onvoldoende onafhankelijk onderzoek verricht dat de bruikbaarheid van de kaarten heeft aangetoond. De EM38 blijkt uit onderzoek wel uitermate geschikt te zijn voor het in kaart brengen van de profielopbouw. Er zijn voor beide systemen nog geen algoritmen of protocollen bekend voor een juiste interpretatie van de scan resultaten.

De biomassakaarten (bladgroenkaarten) die met de near-sensing en remote sensing technieken gemaakt kunnen worden geven de teler de mogelijkheid om deze gegevens in te voeren in daarvoor speciaal ontwikkelde software. Er kan dan door de teler voor elke perceel plaatsspecifieke kennis opgebouwd en vastgelegd worden. Deze kennis kan dan worden gebruikt om toekomstige teeltstrategieën te optimaliseren. Door meerdere waarnemingen van het gewas te maken of te kopen via bijv. LORIS of CropView en bijvoorbeeld gegevens over de bodem er aan toe te voegen, wordt het mogelijk om misschien tot een betere managementstrategie te komen.

Een groot voordeel van de services als Loris, CropView en MijnAkker.nl is dat de gebruikers zelf geen meetsystemen hoeven aan te schaffen. Daarbij heeft MijnAkker.nl de meerwaarde in dat zij als enige (in de wereld) groeiparameters en opbrengstinformatie in absolute eenheden zoals kg/ha beschikbaar stellen tijdens het groeiseizoen. Nadeel is echter wel dat de gegevens alleen in te zien zijn op een website. De teler kan de geleverde informatie dus niet zelf gebruiken om er een strooikaart van te maken voor een doseercomputer. De voordelen van de remote sensingproducten gelden ook enkel als de beelden op tijd geleverd worden. Daarbij loopt een gebruiker ook nog het risico dat er helemaal geen goede beelden geleverd kunnen worden vanwege langdurige periodes met bewolking en is er de beperkte frequentie dat de satellieten over Nederland komen. Hierdoor is het mogelijk dat de beelden te vroeg of laat genomen worden om echt iets met de gegevens te kunnen. Daarnaast zijn de randeffecten van dergelijke beelden zo groot dat de beelden alleen goede informatie verstrekken als de opname van het perceel minimaal vier hectare is. Over de juistheid van de resolutie en ingemeten coördinaten heerst ook nog discussie.

De technieken zijn al behoorlijk ver ontwikkeld, echter om de gegevens nu te interpreteren en te vertalen naar wat de teler te doen staat is nog een grote uitdaging. Probleem is namelijk dat de vertaling van meting naar toepassing vrij lastig is omdat de relaties tussen de plaatsspecifieke metingen en de toepassing van nutriënten of middelen enerzijds en de effecten daarvan op opbrengst, kwaliteit, saldo op plaatsspecifiek niveau en bij verschillende grondsoorten en weertypes anderzijds, nog onvoldoende bekend zijn. Over het algemeen kan voor dit moment al wel gezegd worden dat voor telers blijkt dat het plaatsspecifiek meten een stimulerend effect kan hebben op het nadenken over allerlei factoren die de kwaliteit en kwantiteit van het gewas kunnen beïnvloeden. Daarnaast is er ook voor de machinebouwers de taak om machines te maken die alle maatregelen kunnen uitvoeren en is het maken van een landelijke of Europese standaard (ISO) een belangrijke component om de services en producten van diverse leveranciers van precisielandbouwtoepassingen goed op elkaar te laten af stemmen.

Al met al geldt voor alle toepassingen dat het een leerproces is. Door herhaaldelijk een gewas te scannen, kan er een beeld worden verkregen hoe een gewas in de loop van de tijd verandert. Worden de verschillen bijvoorbeeld groter, verschuiven ze of nivelleert het geheel? Wat zijn de effecten van de ondernomen acties zoals bijmesten? Aan het einde van het seizoen valt te bekijken of de metingen van de gewasreflectie ook gerelateerd zijn aan de opbrengsten. Hierbij kan dan gekeken worden naar kwalitatieve en kwantitatieve verschillen in opbrengst. Een leerproces dus van op een andere manier kijken naar een gewas met nog veel vragen, maar hopelijk na enige tijd van ervaring en experimenteren ook met antwoorden. Uiteindelijk blijven de nieuwe innovaties geen wondermiddelen, maar hulpmiddelen die met name door de schaalvergroting het toch mogelijk maken voor de teler om een overzicht te houden van de goede en slechte plekken van zijn percelen. Het helpt de boeren om de percelen beter te leren kennen, maar het zal inzicht en vakmanschap van de boer nooit kunnen vervangen.

Het antwoord op de vraag wanneer het zinvol is om over te stappen van een gangbare manier van telen naar een manier waarbij rekening gehouden wordt met de locale variatie is niet zomaar gegeven. Wanneer de afweging moet worden gemaakt of inspelen op de ruimtelijke variabiliteit (financieel) de moeite waard is, is het van belang om er achter te komen hoe groot deze variabiliteit binnen een gewas of perceel is als gevolg van bijvoorbeeld de bodemstructuur, het water- en de nutriëntenvoorziening. Hoe groter deze variatie, des te groter het rendement dat te behalen valt met precisielandbouw. Factoren die hierbij een rol spelen zijn ook de financiële belangen, de bedrijfdoelen en de wet- en regelgeving. Wanneer toepassing van sensingsystemen een voordeel biedt hangt dus af van de locale situatie; van perceel tot perceel dient bepaald te worden wat de locale variatie is.
Op de weblog precisielandbouw.weblog.nl/precisielandbouw (red. bestaat niet meer) wordt veel informatie over precisielandbouwtoepassingen vergaard en worden vele ervaringen van telers met elkaar uitgewisseld.