Berührungslose Erfassung von Biomassebildung und N-Status in ...

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Berührungslose Erfassung von Biomassebildung und N-Status in ...

Berührungslose Erfassung von Biomassebildung

und N-Status in Pflanzen

J. L i e b l e r und F.-X. M a i d l

IKB Abschluss-Symposium

Weihenstephan

11. - 12. 10. 2005

Department Pflanzenwissenschaften


Vortragsgliederung

• Einleitung

• Beschreibung der Reflexionsmesseung

• Versuchsanlage

• Ergebnisse:

– Charakterisierung des N-Status

– Störgrößen

• Zusammenfassung

Department Pflanzenwissenschaften


Department Pflanzenwissenschaften

Feldspektrometer im Einsatz


Department Pflanzenwissenschaften

Feldmessungen


Spektrometersensorsystem

Tec 5

Spekrale Kanäle

Spekralbereich

Spektrale Auflösung

Integrationszeit

2-kanälig; Referenzkanal mit Cosinus-

Streuscheibe; Meßkanal mit Öffnungswinkel

25°

360 nm – 1050 nm

3,2 nm

4 ms – 6 s (wählbar in festen Stufen)

Department Pflanzenwissenschaften


0,6

Reflexionsgrad

0,4

0,2

REIP

0 N

20 N

40 N

60 N

0

360 450 540 630 720 810 900

Wellenlänge [nm]

Reflexionsspektren von Winterweizen

Sorte Aristos (EC39, 21.05.01)

Department Pflanzenwissenschaften


Vegetationsindices

Vegetationsindex Berechnung Beziehung zu

IR/R (ratio infrared/red)

IR/G (ratio infrared/green)

NDVI

(normalized diff. veg. ind.)

SAVI

(soil adjusted veg. ind.)

REIP (red edge inflection

point)

800/670

800/550

(800-670)/(800+670)

(1+B)(800-670)

/(800+670+B)

700+ 40((670+800)/2-

700)/(740-700)

Biomasse

Chl.-/N-Gehalt

Biomasse

Biomasse

Chl.-/N-Gehalt;

BFI

Department Pflanzenwissenschaften


Sortenversuch Winterweizen Dürnast

Sorten:

Sorte Eigenschaft Qualität

Cortez hellgrün C-Weizen

Flair blaugrün B-Weizen

Orestis grün B-Weizen

Pegassos planophil A-Weizen

Xanthos erektophil A-Weizen

N-Stufen:

Variante VB EC32 EC49 Düngermenge

N 1 0 0 0 0

N 2 30 30 40 100

N 3 60 60 40 160

N 4 90 90 40 220

Department Pflanzenwissenschaften


Cortez

Department Pflanzenwissenschaften


Department Pflanzenwissenschaften

Xanthos


Department Pflanzenwissenschaften

Pegassos


Xanthos

Department Pflanzenwissenschaften

Pegassos


Bestimmtheitsmaß [r²] zwischen

Vegetationsindizes und dem N-Aufnahme in

Abhängigkeit vom Meßtermin, Weizen (Dürnast,

Mittel über alle Sorten und N-Stufen)

[r²]

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

HWP NDVI IRR IRG IRI 1 IRI 2 SAVI

EC 30 EC 32 EC 37 EC 49 EC 65

Vegetationsstadien 2002

Department Pflanzenwissenschaften


0,6

Reflexionsgrad

0,4

0,2

REIP

0 N

20 N

40 N

60 N

0

360 450 540 630 720 810 900

Wellenlänge [nm]

Reflexionsspektren von Winterweizen

Sorte Aristos (EC39, 21.05.01)

Department Pflanzenwissenschaften


REIP [nm]

REIP im Vegetationsverlauf von Winterweizen

730

726

722

718

Düngung

VB/EC30

0 / 0

0 / 30

20 / 0

20 / 30

40 / 0

40 / 30

60 / 0

60 / 30

714

25.04.200109.05.200123.05.200106.06.200120.06.2001

Department Pflanzenwissenschaften


Reflexionssignatur einer mit 240 kg N/ha versorgten

Weizenparzelle in Abhängigkeit vom Sonnenstand

Reflexionsgrad (%)

0,4

0,3

0,2

0,1

tiefstehende Sonne

hochstehende Sonne

0

350 450 550 650 750

Wellenlänge (nm)

Department Pflanzenwissenschaften


Reflexionssignatur einer ungedüngten Weizenparzelle

in Abhängigkeit vom Sonnenstand

Reflexionsgrad (%)

0,4

0,3

0,2

0,1

tiefstehende Sonne

hochstehende Sonne

0

350 450 550 650 750

Wellenlänge (nm)

Department Pflanzenwissenschaften


Werte ausgewählter Vegetationsindices in Abhängigkeit vom

Aufnahmezeitpunkt (Mittel über Versuchsfaktoren 'Sorte',

'N-Düngung', 'EC-Stadium')

Vegetationsindex

Tageszeit REIP NDVI RVI IRI

morgens 725,5 b 0,914 b 28,9 b 1,45 b

mittags 725,2 a 0,858 a 20,7 a 1,41 a

abends 725,9 c 0,920 b 31,2 c 1,45 b

Department Pflanzenwissenschaften


Relative Werte ausgewählter Vegetationsindices in

Abhängigkeit vom Aufnahmezeitpunkt (Mittel über

Versuchsfaktoren 'Sorte', 'N-Düngung', 'EC-Stadium')

Vegetationsindex

Tageszeit REIP NDVI RVI IRI

morgens 99,9 98,4 92,6 96,3

mittags 99,9 92,4 66,3 97,2

abends 100 100 100 100

Department Pflanzenwissenschaften


Werte ausgewählter Vegetationsindices in Abhängigkeit von

der N-Düngermenge (Mittel über Versuchsfaktoren 'Sorte',

'EC-Stadium', 'Aufnahmezeitpunkt')

Vegetationsindex

N-Menge REIP NDVI RVI IRI

0 kg N ha -1 721,2 a 0,804 a 13,2 a 1,27 a

100 kg N ha -1 725,1 b 0,921 b 27,0 b 1,44 b

160 kg N ha -1 727,6 c 0,940 c 34,3 c 1,52 c

220 kg N ha -1 728,3 d 0,940 c 34,5 c 1,53 d

Department Pflanzenwissenschaften


Bestimmtheitsmaße der linearen Regression zwischen

REIP und N-Aufnahme von Winterweizen

Sorte EC30 EC32 EC39 EC49 EC65

Cortez 0,79 0,78 0,83 0,84 0,90

Flair 0,64 0,69 0,79 0,57 0,83

Orestis 0,62 0,63 0,65 0,68 0,66

Pegassos 0,55 0,59 0,87 0,80 0,90

Xanthos 0,77 0,82 0,88 0,75 0,85

Mittelwert 0,67 0,70 0,80 0,73 0,83

Alle 0,61 0,62 0,74 0,73 0,79

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Entwicklung der N-Aufnahme von Pegassos und Xanthos

(220 kg N ha -1 ; Ø 4 Wiederh)

350

300

250

Pegassos

Xanthos

N Uptake [kg ha -1 ]

200

150

100

50

0

EC 30 EC 32 EC 39 EC 49 EC 65 EC 92

Developmental stages

Department Pflanzenwissenschaften


Entwicklung des REIP von Pegassos und Xanthos

(220 kg N ha -1 ; Ø 4 Wiederh)

734

732

730

Pegassos

Xanthos

REIP [nm]

728

726

724

722

720

718

EC 30 EC 32 EC 39 EC 49 EC 65

04.04.00 24.04.00 14.05.00 03.06.00 23.06.00

Date

Department Pflanzenwissenschaften


F-Werte und Signifikanz-Niveaus für die Versuchsfaktoren

für ausgewählte Vegetationsindices (*: P


Spectral Reflectance, July 24 th 2001

Variety Magister, four different Nitrogen Levels

Reflection Factor

0,6

0,4

0,2

0 kg N ha -1

70 kg N ha -1

120 kg N ha -1

170 kg N ha -1 Red Edge

Inflection Point

0

400 500 600 700 800 900

Wavelength [nm]

Department Pflanzenwissenschaften


Regression of REIP and Nitrogen Fertilisation

Coefficient of Determination

Growth Stage

Variety

2 Leaf St.

4 Leaf St.

8 leaf St.

Flowering

Stigmata

Dry

Attribut

0.36

0.81

0.82

0.69

0.91

Banguy

0.45

0.52

0.59

0.65

0.88

Magister

0.38

0.65

0.83

0.83

0.90

Major

0.67

0.70

0.72

0.71

0.88

Pooled

Across

0.18

0.58

0.70

0.67

0.79

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Trockenkolbenanteil .

140

120

100

80

60

Kornertrag

Trockenkolbenanteil

72%

68%

64%

60%

56%

120/ 0/ 0/ 0

120 stabilisiert

zur Saat

40/ 80/ 0/ 0

0/120/ 0/ 0

70/ 0/ 0/ 50

0/ 70/ 50/ 0

0/ 0/120/ 0

Kornertrag [dt/ha bei 86% TS] .

Stickstoffdüngung [kg ha -1 ] (zur Saat / 5cm / 50 cm / Rispenschieben)

Mais

Kornertrag und Trockenkolbenanteil in Abhängigkeit vom

Stickstoffdünge-Termin (Gesamt-N-Menge 120 kg N ha -1 )

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Concept for a sensor-controlled Nitrogen Supplement

Supplementary

N-Fertilisation [kg N ha

-1 ] .

100

80

60

40

20

High Yielding Area

Low Yielding Area

30 40 50 60 70

Nitrogen Uptake at 8 Leaf Stage [kg N ha -1 ]

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Zusammenfassung

• Reflexionsmessungen ermöglichen die

berührungslose Charakterisierung des N-Status.

• Der REIP erwies sich als der geeignetste

Vegetationsindex, insbesondere bei starker

Düngung.

• Pflanzenbestände mit geringem Bodendeckungsgrad

lassen sich schlechter abbilden.

• Unterschiede zwischen den Sorten sind gering.

• Auch Mais scheint für eine teilflächenspez. N-

Düngung geeignet.

Department Pflanzenwissenschaften


Der Deutschen Forschungsgemeinschaft

für die finanzielle Förderung

allen Mitbeitern für die Tatkraft

und Ihnen für die Aufmerksamkeit

Department Pflanzenwissenschaften


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Ende

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