Entwicklungen in der Düngetechnik

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Beim Düngestreuen am Feldrand muss das Streublech verändert werden, hier durch hydraulisch schwenkbare Leitbleche realisiert.


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Speziell geformte Wurfschaufeln sorgen bei veränderter Drehrichtung des Streutellers für ein passendes Streubild am Feldrand


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Beim Pendelsensor wird der mechanische Widerstand des Getreides als Bewertungsmaßstab für den Düngerbedarf genutzt


LichtreflektionssensorBild vergrößern
Lichtreflektionssensor mit integrierter Xenon-Blitzlampe für die Arbeit in der Dunkelheit. Fotos: Dr. Norbert Uppenkamp


Düngerstreuer gehören zu den Geräten im landwirtschaftlichen Betrieb, mit denen der Ertrag und damit der wirtschaftliche Erfolg im Ackerbau am stärksten beeinflusst wird. An die Geräte werden die Forderungen gestellt, die Betriebsmittel in der richtigen Menge am richtigen Ort zu applizieren und, von zunehmender Bedeutung, die ausgebrachten Mengen auch zu dokumentieren. Dr. Norbert Uppenkamp stellt die neusten Entwicklungen zum präzisen Düngen vor.

In der Düngeverordnung sind unter anderem die Anforderungen an die Ausbringung von stickstoff- oder phosphathaltigen Düngern an Oberflächengewässern und die „allgemein anerkannten Regeln der Technik“ festgelegt worden. In §3, Absatz 6 der Düngeverordnung wird gefordert, dass ein direkter Eintrag von Nährstoffen in oberirdische Gewässer zu vermeiden ist und der Anwender dafür zu sorgen hat, dass kein Abschwemmen in oberirdische Gewässer erfolgt. Zwischen Böschungsoberkante und dem Rand der durch die Streubreite bestimmten Ausbringungsfläche ist ein Mindestabstand von 3 m festgelegt. Dieser Sicherheitsabstand reduziert sich auf 1 m, wenn Geräte mit Grenzstreueinrichtungen oder Geräte, bei denen die Arbeitsbreite gleich der Streubreite ist, eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um Mindestabstände, der tatsächliche Abstand muss also größer sein, wenn die Gefahr eines Eintrages besteht.

Nicht auf Nachbars Acker

Das Streuen über die Feldgrenze hinaus kann wirkungsvoll und preiswert vermieden werden, wenn die erste Fahrgasse am Feldrand in der ersten Drillmaschinenbreite angelegt wird. Dann muss nur der feldrandseitige Schieber geschlossen bleiben und ein Grenzstreuschirm heruntergeklappt werden, der den Streubereich des feldseitigen Streutellers zusätzlich begrenzt. Der große Nachteil dieser Lösung ist die Abstimmung der Fahrgassen mit der Pflanzenschutzspritze. Aus diesem Grunde findet sich diese Lösung in der Praxis eher in klein strukturierten Gebieten und bei der Grünlanddüngung.

Entspricht der Abstand zwischen Feldrand und erster Fahrgasse der halben Arbeitsbreite von Pflanzenschutzspritze und Düngerstreuer, muss das Streubild zum Feldrand hin verändert werden. In diesem Bereich muss die Wurfweite des Düngers zur Seite auf die halbe Arbeitsbreite beschränkt werden und gleichzeitig muss die fehlende Überlappung ausgeglichen werden, um die gewünschte Düngermenge auch in diesem Bereich auszubringen. Deshalb sind spezielle Grenzstreueinrichtungen entwickelt worden, die nach sehr unterschiedlichen Prinzipien arbeiten.

Verschiedene Varianten an der Grenze

Zu den ältesten Entwicklungen gehören auswechselbare Grenzstreuscheiben, die die Streubreite durch spezielle Wurfschaufeln einseitig begrenzen. Ein großer Nachteil dieser Lösung ist, dass beim Wechsel zwischen Grenzstreuen und normalem Streuen vom Schlepper abgestiegen werden muss, um die Streuscheiben auszutauschen.

Eine weitere Variante sind Lamellenblöcke, die bei der Fahrt am Feldrand seitlich neben den Streuteller geklappt werden und durch einstellbare Fächer die Flugbahn des Düngers verändern. Eine andere Lösung sind auf den normalen Streuscheiben angebrachte zusätzliche Grenzstreuscheiben, die durch Umkehr der Drehrichtung oder durch Veränderung des Aufgabepunktes beim Grenzstreuen aktiviert werden.

Da die Wurfweite von der Streuscheibendrehzahl abhängt, kann eine Reduzierung der Scheibendrehzahl als Grenzstreueinrichtung genutzt werden. Beim mechanischen Scheibenantrieb muss dazu im Stand das Übersetzungsverhältnis zur grenzseitigen Streuscheibe verändert werden. Der hydraulische Antrieb der Streuscheiben bietet die Möglichkeit, die Drehzahl der Streuscheiben unabhängig voneinander und unabhängig von der Motordrehzahl stufenlos während der Fahrt zu verändern.

Durch eine geringere Zapfwellendrehzahl wird beim mechanischen Antrieb die Wurfweite beider Streuscheiben verringert. Dadurch wird allerdings das feldseitige Streubild negativ verändert, sodass die Qualität der Querverteilung leidet. Aus diesem Grund ist diese Lösung nicht als Grenzstreueinrichtung im Sinne der Düngeverordnung anerkannt.

Das gleiche gilt auch für die Möglichkeit, durch ein Schrägstellen des Streuers mittels eines zusätzlichen Hydraulikzylinders die Wurfweite zum Feldrand zu reduzieren.

Geprüfte Technik

Einige der angebotenen Grenzstreueinrichtungen sind von der DLG geprüft worden. Die Prüfberichte können unter www.dlg-test.de abgerufen werden. In der europäischen Norm für die Prüfung von Mineraldüngerstreuern sind Prüfmethoden und Grenzwerte für das Grenzstreuen definiert worden. Es sind dabei grundsätzlich vier Varianten möglich, die sich durch die Lage der ersten Fahrgasse und durch die Einstellung des Streuers unterscheiden.

Bei der Lage der ersten Fahrgasse gibt es die beiden Varianten TS, auf Englisch Tramline Spreading, bei der die erste Fahrgasse eine halbe Arbeitsbreite vom Feldrand entfernt ist, und die Variante FS, auf Englisch Field edge Spreading, bei der die erste Fahrgasse 2 m von der Feldgrenze entfernt liegt. Bei der Einstellung des Streuers gibt es die Varianten YOS vom englischen Yield Optimisation Setting und die Variante EOS, auf Englisch Environment Optimisation Setting.

Die Einstellung YOS kann mit ertragsoptimiertem Streuen übersetzt werden. Ziel dieser Einstellung ist es, die volle Düngergabe bis zur Feldgrenze zu geben und die Gabe außerhalb der Feldgrenze schnellstmöglich auf Null zu reduzieren. Die Einstellung EOS kann mit umweltoptimiertem Streuen übersetzt werden und kommt den Zielen der Düngeverordnung am nächsten.

Bei dieser Einstellung steht im Vordergrund, ein Streuen über die Feldgrenze hinaus zu vermeiden. In den Prospekten und Streutabellen einiger Hersteller wird die Einstellung EOS auch als Grenzstreuen bezeichnet, die Einstellung YOS als Randstreuen. Hinzugekommen ist die Einstellung Grabenstreuen für das Grenzstreuen unter Berücksichtigung des Sicherheitsabstandes zu einem Oberflächengewässer.

In der Prüfnorm ist beim Verfahren YOS kein Grenzwert für die über die Feldrandgrenze hinaus gestreute Düngermenge festgelegt. Beim Verfahren EOS darf auf einer Länge von 100 m maximal drei Promille der durchschnittlichen Ausbringmenge je Hektar gemessen werden. Das heißt bei einer Ausbringmenge von 200 kg pro ha dürfen auf einer Länge von 100 m nicht mehr als 600 g Dünger über den Feldrand gelangen.

Neben dem Düngerverlust am Feldrand wird bei dieser Prüfung aber auch die Gleichmäßigkeit der Düngerverteilung im Randbereich und in der so genannten Übergangsbreite ermittelt. Die Randbreite beträgt konstant 5 m vom Feldrand in den Bestand hinein. Die Übergangsbreite ist der Bereich vom Feldrand bis zur Mitte zwischen der zweiten und dritten Fahrgasse. Innerhalb der Randbreite darf die Ausbringmenge an keiner Stelle die durchschnittliche Ausbringmenge um mehr als 20 % übersteigen. In der Übergangsbreite darf der Variationskoeffizient als Maß für die Güte der Querverteilung 25 % nicht übersteigen. Zum Vergleich: Der Grenzwert für den Variationskoeffizienten beim Streuen im Feld beträgt 15 %. Bei diesen Grenzwerten handelt es sich um Prüfkriterien, nicht um gesetzlich festgelegte Grenzwerte.

Düngen mit GPS

Durch die Kombination von hydraulischem Streuscheibenantrieb und Nutzung des GPS kann heute auch bei Zentrifugalstreuern eine Teilbreitenschaltung realisiert werden, die über die einseitige Abschaltung des Düngerstromes weit hinausgeht. Gerade bei großen Arbeitsbreiten und unregelmäßig geformten Schlägen lassen sich dadurch in erheblichem Umfang Dünger einsparen und Ertragseinbußen durch Über- oder Unterdosierungen in den Keilbereichen verringern.

Zentrale Schwerpunkte der heutigen Entwicklung sind Verfahren zur automatisierten Veränderung der Ausbringmenge in Abhängigkeit von den Standortgegebenheiten - Stichwort: teilflächenspezifische Bewirtschaftung. Hier sind grundsätzlich zwei Verfahren zu unterscheiden: Beim kartenbasierten Verfahren, dem Mapping-Verfahren, wird vor dem Einsatz des Düngerstreuers eine Karte mit den Sollwerten für die Düngermenge erstellt. Während der Fahrt wird auf der Basis dieser Karte die für den jeweiligen Standort vorgesehene Düngermenge ausgebracht. Voraussetzung ist hier der Einsatz eines GPS-Systems.

Beim zweiten Verfahren ist für die Ausbringung kein GPS-System notwendig, da der Düngerbedarf während der Fahrt durch Sensoren erfasst wird, dem so genannten Online-Verfahren.

Für die Ermittlung des Stickstoffbedarfs sind neben den auf der Lichtreflektion basierenden Sensoren, zum Beispiel Yara N-Sensor, Crop Circle, Isaria oder Greenseeker, zwei weitere Systeme auf dem Markt. Das Gerät MiniVeg N der Firma Fritzmeier setzt einen Lasersensor ein, der das Chlorophyll zur Fluoreszenz anregt und über die veränderte Farbzusammensetzung den Chlorophyllgehalt bestimmt. Mit beiden Sensoren können neben dem N-Gehalt der Pflanzen auch die Bestandesdichte und beim MiniVeg N zusätzlich die Bestandeshöhe ermittelt werden.

Bei dem vom ATB Potsdam entwickelten Pendelsensor wird auf mechanischem Wege nur die Bestandesdichte abgeschätzt. Im Prinzip kann dieser Sensor für alle Betriebsmittel eingesetzt werden, deren Dosierung von der Bestandesdichte abhängig ist. So wird er neben der Stickstoffdüngung zum Beispiel auch für die Wachstumsreglerausbringung verwendet.

Ein GPS-System ist bei allen Online-Verfahren nur notwendig, wenn die tatsächlich ausgebrachte Menge auch automatisch in Abhängigkeit vom jeweiligen Standort erfasst und dokumentiert werden soll oder wenn zusätzlich eine Applikationskarte in Kombination mit dem Online-Sensor genutzt wird.

Alle Sensoren für die Erfassung des Düngerbedarfes setzen eine Kalibrierung am Schlag voraus. Zwischen den Anbietern sind deutliche Unterschiede hinsichtlich Anschaffungspreis, technischer Ausstattung wie Anzahl der Sensoren, Messfläche, Leistungsfähigkeit der Beleuchtung oder Bedienterminal, und Umfang angepasster Regelfunktionen zu verzeichnen.

Organische Dünger richtig ausbringen

Bei der organischen Düngung kommt neben der genauen Mengenverteilung die Problematik hinzu, dass im Unterschied zur mineralischen Düngung der Nährstoffgehalt nicht exakt definiert ist und während der Ausbringung starken Schwankungen unterliegt. Ein Schwerpunkt der technischen Entwicklung ist daher die Ermittlung der Nährstoffgehalte während der Ausbringung.

Als preiswerte Alternative zum NIR-Sensor, der neben Gesamt-N und Ammonium-N auch Trockenmasse-, Phosphat- und Kaligehalte ermittelt, hat die Firma Wienhoff auf der Agritechnica einen Stickstoff- und Kali-Sensor auf der Basis ionenselektiver Elektroden vorgestellt, der in der Saison 2010 intensiv getestet werden soll.

Neben den Nährstoffgehalten variiert bei der Gülle auch die Konsistenz, was bei herkömmlichen Durchflussmessern ein häufiges Kalibrieren erforderlich macht. Von der Konsistenz unabhängige Messverfahren wurden in Form einer Laser-abgetasteten Füllstandsanzeige wie beim iTank der Firma Kotte, und in Form eines auf der Basis der Druckdifferenzen in hydraulischen oder pneumatischen Achs-Federsystemen arbeitenden Messverfahrens von Wienhoff auf der Agritechnica vorgestellt.

Zur Minimierung des Mineraldüngerzukaufs in Veredlungsbetrieben wurden von der Landwirtschaftskammer Niedersachsen Versuche zur Unterfußdüngung mit Gülle bei Mais durchgeführt. Die positiven Ergebnisse führten dazu, dass spezielle Injektoren für diesen Zweck von der Industrie angeboten werden. Bei diesem zweiphasigen System wird zunächst die Gülle in 75 cm Reihenabstand in den Boden eingebracht und mit einem unbegüllten Damm bedeckt. Die Dämme erleichtern das Wiederfinden der Reihen bei der nachfolgenden Maissaat. Auch hier kann die Nutzung des GPS den Fahrer entlasten und die Qualität der Saatgutablage sichern.

Fazit

Im Bereich der Düngertechnik steht bei der technischen Entwicklung die Optimierung der Ausbringung an oberster Stelle. Neben den steigenden Anforderungen durch die Gesetzgebung sind die Einsparung von Dünger und dessen optimale Ausnutzung die zentralen Schwerpunkte, die durch die Entwicklung neuer Sensoren und durch die Nutzung von GPS technisch umgesetzt werden. Insbesondere die vielfältige Nutzungsmöglichkeit von GPS im landwirtschaftlichen Betrieb sowohl für die Gerätesteuerung als auch für die Entlastung des Fahrers durch Parallelfahrsysteme wird in naher Zukunft zu einer breiten Einführung dieses Systems führen.

Autor: Dr. Norbert Uppenkamp