Variable Bodenbearbeitungsintensität: ein Beitrag zum nachhaltigen Bodenschutz
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
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Hamburg
Kovac
2009
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| adam_text | Titel: Variable Bodenbearbeitungsintensität
Autor: Walther, Steffen
Jahr: 2009
_________________________________________________________________________VII
INHALT
ABBILDUNGSVERZEICHNIS..............................................................................................IX
TABELLENVERZEICHNIS...................................................................................................XI
1 EINLEITUNG........................................................................................................................1
1.1 Problemstellung.............................................................................................................4
1.2 Ziel der Arbeit................................................................................................................5
2 LITERATURÜBERSICHT....................................................................................................7
2.1 Verfahrensweisen bei teilschlagspezifischen Ansätzen im Precision Farming...........10
2.1.1 Offline-Verfahren..............................................................................................11
2.1.2 Online-Verfahren...............................................................................................11
2.1.3 Kombination von Off-und Online-Verfahren...................................................12
2.2 Navigation auf dem Schlag: Stand der Technik..........................................................12
2.2.1 Funktionsweise der Satellitennavigation...........................................................14
2.2.2 Einschränkungen der Satellitennavigation und Lösungsansätze.......................17
2.2.3 Einsatzbedingungen und Korrekturmöglichkeiten............................................19
2.3 Bodenbearbeitung........................................................................................................21
2.3.1 Klassifizierung von Bodenbearbeitungssystemen.............................................22
2.3.2 Bedeutung der Bodenbearbeitung.....................................................................25
2.3.3 Teilflächenspezifische Bodenbearbeitung.........................................................27
2.3.3.1 Entwicklung der teilflächenspezifischen Bodenbearbeitung................28
2.3.3.2 Marktübersicht......................................................................................32
2.4 Bodenerosion...............................................................................................................35
2.4.1 Erosionsgefahrdung in Abhängigkeit verschiedener Parameter........................36
2.4.2 Ackerbau und Erosion.......................................................................................43
2.4.3 Quantifizierung von Erosion.............................................................................45
2.4.4 Schäden durch Erosion......................................................................................47
2.5 Bodenschutz.................................................................................................................49
2.5.1 Aktivitäten der EU.............................................................................................50
2.5.2 Bundesbodenschutz-Gesetz...............................................................................51
2.6 Hochwasser..................................................................................................................52
2.6.1 Landwirtschaft und Hochwasserschutz.............................................................54
2.6.2 Regionale Besonderheiten im Versuchsgebiet..................................................54
3 MATERIAL UND METHODEN........................................................................................57
3.1 Standortbeschreibung...................................................................................................57
3.1.1 Die Versuchsschläge..........................................................................................59
3.1.2 Böden der Versuchsregion.................................................................................60
3.2 Versuchsaufbau............................................................................................................61
3.2.1 Bodenbearbeitung..............................................................................................62
3.2.1.1 Technik: Zweischichtenpflug................................................................66
3.2.1.2 Technik: Ecomat...................................................................................67
3.2.1.3 Technik: Pflug.......................................................................................69
3.2.1.4 Technik: Centaur...................................................................................70
3.2.2 Algorithmus zur Bestimmung der Bearbeitungstiefe........................................72
3.2.2.1 Eingesetzte GPS-Positionierungssysteme.............................................74
3.2.2.2 Neigungssensor.....................................................................................75
3.2.2.3 Wegaufhehmer......................................................................................75
3.2.3 Zugkraftmessrahinen.........................................................................................76
3.2.4 Verbrauchsmessung...........................................................................................77
VIII Inhalt
3.2.5 Datenerhebung und Regelung...........................................................................77
3.3 Begleitende Labormessungen......................................................................................79
3.4 Penetrometermessungen..............................................................................................79
3.5 Beregnungsversuche....................................................................................................80
3.5.1 Bestimmung der Hangneigung..........................................................................80
3.5.2 Bestimmung der Bodenfeuchte.........................................................................81
3.5.3 Beregnungssimulator.........................................................................................81
3.5.4 Bestimmung des Bodenbedeckungsgrades........................................................85
3.5.4.1 Zählmethode..........................................................................................85
3.5.4.2 Schätzmethode......................................................................................86
3.5.4.3 Bildauswertung......................................................................................87
4 ERGEBNISSE UND BEWERTUNG..................................................................................89
4.1 Beregnungsversuche....................................................................................................89
4.1.1 Beregnung nach Winterweizen..........................................................................89
4.1.1.1 Bodenbedeckungsgrad..........................................................................89
4.1.1.2 Bodenfeuchte.........................................................................................93
4.1.1.3 Beginn des Oberflächenabflusses..........................................................94
4.1.1.4 Oberflächenabfluss und Infiltration......................................................94
4.1.1.5 Sedimentabtrag......................................................................................96
4.1.2 Beregnung nach Raps........................................................................................97
4.1.2.1 Bodenbedeckungsgrad..........................................................................98
4.1.2.2 Bodenfeuchte.......................................................................................100
4.1.2.3 Beginn des Oberflächenabflusses........................................................102
4.1.2.4 Oberflächenabfluss und Infiltration....................................................102
4.1.2.5 Sedimentabtrag....................................................................................104
4.2 Bodenbearbeitung......................................................................................................105
4.2.1 Bodenanalyse...................................................................................................105
4.2.2 Bodenart...........................................................................................................106
4.2.3 Aggregatstabilität.............................................................................................107
4.2.4 Penetrometermessungen..................................................................................108
4.2.5 Zugkraftbedarf.................................................................................................109
4.2.5.1 Zugkraftwerte für unterschiedliche Arbeitstiefen...............................109
4.2.5.2 Einflüsse unterschiedlicher Scharformen............................................111
4.2.5.3 Kraftstoffverbrauch.............................................................................113
4.2.5.4 Flächenleistung....................................................................................115
4.2.6 Feldaufgang.....................................................................................................116
4.2.7 Wirkungsweise des Algorithmus.....................................................................118
4.2.7.1 Neigungssensor...................................................................................118
4.2.7.2 Regelung..............................................................................................120
5 DISKUSSION....................................................................................................................123
6 ZUSAMMENFASSUNG...................................................................................................133
7 SUMMARY.......................................................................................................................137
LITERATURVERZEICHNIS...............................................................................................139
IX
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Bild 1 Maschmenfuhrungssysteme...............................................................................13
Bild 2 Bestimmung der Laufzeit At..............................................................................15
Bild 3 Positionsbestimmung mit dem GPS..................................................................17
Bild 4 Einteilung der Bodenbearbeitungssysteme........................................................22
Bild 5 Algorithmus für ortsspezifische Bodenbearbeitung..........................................30
Bild 6 Mögliche Eingangsgrößen zur Erstellung von Applikationskarten...................31
Bild 7 Mögliche Ziele bei der ortsspezifischen Bodenbearbeitung..............................32
Bild 8 AMAZONE BBG Centaur................................................................................33
Bild 9 AMAZONE BBG Centaur Super......................................................................33
Bild 10 KÖCKERLING Vario.......................................................................................34
Bild 11 VÄDERSTAD TopDown..................................................................................34
Bild 12 Die Planschwirkung von Regentropfen.............................................................38
Bild 13 Faktoren der Bodenerosion infolge Wasser.......................................................40
Bild 14 Relativer Bodenabtrag in Abhängigkeit des Bedeckungsgrades.......................42
Bild 15 Naturkatastrophen und ökonomischer Schaden 1950-2000..............................53
Bild 16 Lage des Betriebes in der mittelsächsischen Lösshügellandschaft...................58
Bild 17 Niederschlagsverteilung für Niederstriegis (1961-1990)..................................58
Bild 18 Temperaturverteilung für Döbeln (1961-1990).................................................59
Bild 19 Aufbau des Scharkörpers beim Zweischichtenpflug.........................................66
Bild 20 Arbeitsweise des Ecomat im Vergleich zum herkömmlichen Pflug.................68
Bild 21 KVERNELAND Ecomat mit Packomat............................................................68
Büd 22 Volldrehpflug RABE Albatros..........................................................................69
Bild 23 Kontrolle der Arbeitstiefe durch Messungen.....................................................71
Bild 24 Aufbau des Versuchsgerätes..............................................................................72
Bild 25 Wegaufnehmer LWG 360.................................................................................76
Bild 26 Sechs-Komponenten-Kraftmessrahrnen............................................................76
Bild 27 Datenerhebung und Regelung...........................................................................78
Bild 28 Mobiler Beregnungssimulator...........................................................................82
Bild 30 Abgrenzung der Versuchsfläche durch Einbaurahmen.....................................84
Büd 31 Bodenbedeckung nach Winterweizen (Seil-Methode)......................................90
Bild 32 Bodenbedeckung nach Winterweizen (FAL-Methode).....................................91
Bild 33 Bodenbedeckung nach Winterweizen (Bildanalyse).........................................91
Bild 34 Bodenbedeckung nach Winterweizen (Mittelwert je Variante)........................92
Bild 35 Vergleich der Bodenfeuchtewerte vor und nach Beregnung (2005).................93
Bild 36 Vergleich des Abflussbeginns (2005)................................................................94
Bild 37 Mittlerer Oberflächenabfluss nach Variante (2005)..........................................95
Bild 38 Infi!üationsverlauf(2005).................................................................................96
Bild 39 Mittlerer Sedimentabtrag je Variante (2005).....................................................97
Bild 40 Bodenbedeckung nach Raps (FAL-Methode)...................................................98
Abbildungsverzeichnis
Bild 41 Bodenbedeckung nach Raps (Bildanalyse).......................................................99
Bild 42 Bodenbedeckung nach Raps (Mittelwert je Variante).....................................100
Bild 43 Vergleich der Bodenfeuchtewerte vor und nach Beregnung (2006)...............101
Bild 44 Vergleich des Abflussbeginns (2006)..............................................................102
Bild 45 Mittlerer Oberflächenabfluss nach Variante (2006)........................................103
Bild 46 Infiltrationsverlauf (2006)...............................................................................104
Bild 47 Mittlerer Sedimentabtrag je Variante (2006)...................................................104
Bild 48 Ergebnisse der Kömungsanalyse.....................................................................105
Bild 49 Typisches Bodenprofil der Versuchsregion (eigenes Bild)............................106
Bild 50 Aggregatstabilität nach Variante.....................................................................107
Bild 51 Penetrometermessungen (2005)......................................................................108
Bild 52 Zugkraftbedarf Bodenbearbeitung nach Stoppelbearbeitung (2005)..............110
Bild 53 Zugkraftbedarf Bodenbearbeitung nach Stoppelbearbeitung (2006)..............111
Bild 54 Zugkraftbedarf und Scharform........................................................................112
Bild 55 Zugkraftbedarf mit und ohne Stoppelbearbeitung...........................................113
Bild 56 Arbeitsgeschwindigkeit und Kraftstoffverbrauch (2005)................................114
Bild 57 Vergleich der Flächenleistung (2005).............................................................116
Bild 58 Feldaufgang Raps nach Variante (2005).........................................................116
Bild 59 Feldaufgang Winterweizen nach Variante (2006)...........................................117
Bild 60 Hangneigung (Versuchsbereich).....................................................................119
Bild 61 Hangneigung (Auswahl)..................................................................................119
Bild 62 Hangneigung (Auswahl)..................................................................................120
Bild 63 Regelung der Solltiefe von 12 cm auf 15 cm..................................................121
Bild 64 Regelung derSolltiefe von 12 cm auf 20 cm..................................................121
XI
TABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 1 Übersicht über erreichbare GPS-Genauigkeiten................................................21
Tabelle 2 Relativer Bodenabtrag in Abhängigkeit der Kulturen.......................................47
Tabelle 3 On-site und off-site Erosionsschäden................................................................48
Tabelle 4 Übersicht über die Fruchtfolge der Versuchsschläge........................................60
Tabelle 5 Übersicht über die Bearbeitungstiefen..............................................................64
Tabelle 6 Bodenbearbeitung Mockritz-Mückenbäumchen: Blockanlage (2005)..............65
Tabelle 7 Bodenbearbeitung Mockritz-Mückenbäumchen: Blockanlage (2006)..............65
Tabelle 8 Zusammenhang von Hangneigung und Bodenbedeckung................................73
Tabelle 9 Strohmenge und abgeleitete Arbeitstiefe für zwei Neigungsstufen..................74
Tabelle 10 Probenschema Beregnung.................................................................................84
Tabelle 11 Abstufung der Schätzwerte zur Bodenbedeckung am Beregnungspunkt.........86
Tabelle 12 Unterschiede Schätzwerte zu Bildanalyse (Winterweizen)...............................92
Tabelle 13 Unterschiede Schätzwerte zu Bildanalyse (Raps).............................................99
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