Ähnlich wie ein herkömmlicher Spaten, wird auch das Stenon FarmLab in den Boden gestochen. Allerdings nicht um Boden auszuheben, sondern um diesen zu analysieren. Eine praxisnahe Erhebung hinsichtlich P, K, Mg und pH-Wert wurde an der Hochschule Osnabrück durchgeführt.

Stehen Düngungsmaßnahmen an, ist es wichtig, die Düngeverordnung sowie düngerelevante Bodenparameter zu berücksichtigen. Dazu sind regelmäßig Bodenproben zu nehmen, die von ausgewiesenen Laboren auf Nmin, Grundnährstoffe und den pH-Wert untersucht werden. Üblicherweise wird dazu eine Mischprobe aus mehreren Einstichen je Schlag entnommen. Für Nmin aus den Tiefen 0 bis 30 cm, 30 bis 60 cm und 60 bis 90 cm – für die Grundbodenuntersuchung nur aus der Krume. Ob die gewonnenen Informationen jedoch den Arbeits- und Kostenaufwand rechtfertigen, wird in der landwirtschaftlichen Praxis oft kritisch gesehen.

Alternativ zu den aufwendigen Laboruntersuchungen bietet die Firma Stenon seit Kurzem das FarmLab an, mit dem eine Vor-Ort-Bodenanalyse möglich sein soll. Mit dieser laborunabhängigen Analyse in Echtzeit soll sich laut Stenon die Entnahme und das Einsenden von Bodenproben erübrigen.

Spaten mit hightech

Auf den ersten Blick ähnelt das Gerät einem Spaten. Am oberen Ende unterhalb des Handgriffs ist die Bedieneinheit mit Touchscreen angebracht (Foto 1) und am unteren Ende des Gerätes befinden sich eine Fußraste und der Sensorkopf. An diesem befinden sich Sensoren, die speziell zur Erfassung von sogenannten Impedanzspektren (ein Wechselstromwiderstand, Foto 2) sowie Absorptionsspektren (NIR- bis UV-Spektralbereich, Foto 3) entwickelt wurden. Pro Messung nehmen sie mehr als 5000 Datenpunkte auf.

Daraus werden die FarmLab-Messwerte zu Bodentextur, Gesamt-C- und -N-Gehalt, pH-Wert, Nmin-, P-, K- und Mg-Gehalt abgeleitet. Zusätzlich erfasst das Gerät die exakte GPS-Position, Witterungsdaten wie Lufttemperatur, -feuchte und -druck sowie Bodentemperatur und -feuchte.

Für Anwender ist die Bedienung des Gerätes schnell zu erlernen. Falls ein WLAN-Netzwerk verfügbar ist – z.B.über einen Hotspot eines Smartphones – kann man das FarmLab mit der Stenon-Cloud verbinden, in der alle Messwerte gespeichert werden können. Messen kann man aber auch im Offlinemodus – der digitale Spaten kann bis zu 1000 Messwerte speichern.

Drei Messungen für eine Probe

Nach dem Einschalten ist eine ca. 10-minütige Aufwärmphase abzuwarten. Anschließend muss die Kalibrierung des Geräts erfolgen. Dazu wird die mitgelieferte Kalibrationskappe dicht schließend auf den Sensorkopf gesetzt und der Vorgang auf dem Touchscreen gestartet. Eventuelle Fehler bei der Kalibrierung zeigt das Gerät dem Nutzer im Display an. Diesen Vorgang gilt es, alle zwei bis drei Stunden sowie bei jedem Neustart zu wiederholen.

Bevor man dann den Sensorkopf mittels Fußraste komplett in den Boden drückt, heißt es: „Erntereste zur Seite schieben.“ Bei sehr lockeren Böden empfiehlt es sich, den Bereich um den Sensorkopf etwas festzutreten, um einen guten Bodenschluss der Sensoren sicherzustellen. Der Messvorgang wird auf dem Touchscreen gestartet. Nach 30 bis 60 Sekunden zeigt das Display, ob die Sensoren brauchbare Daten ermitteln konnten. Andernfalls wird ein Fehlercode angezeigt (z.B. „Vegetationsrückstände“, d.h. Pflanzenreste befanden sich vor den Sensoren). Dann muss die Messung wiederholt werden.

Bevor in etwa 50 cm Umkreis die zweite Messung gestartet wird, ist es wichtig, den Sensorkopf mit einer Bürste zu reinigen. Nach erfolgreichem Abschluss einer dritten Messung in räumlicher Nähe wird das finale Gesamtergebnis für diese Messstelle bei aktiver Internetverbindung im Display angezeigt oder im FarmLab für die spätere Übertragung in die Cloud gespeichert.

Um die Bodeneigenschaften verlässlich zu charakterisieren, ist die sogenannte Triple-Messung an verschiedenen Stellen im Schlag zu wiederholen. Detaillierte Angaben zu der benötigten Anzahl an Triple-Messungen pro Teilschlag oder in welchem Muster diese über den Schlag verteilt sein sollen, macht der Hersteller nicht.

Intelligente Software

Alle in der Stenon-Cloud eingelesenen Messdaten werden mithilfe entsprechender Algorithmen ausgewertet. Abschließend werden sie dem jeweiligen Nutzer über eine Web-Applikation in den für Bodenuntersuchungsdaten bekannten Einheiten zur Verfügung gestellt. Alle angezeigten Kennzahlen gelten für eine Bodentiefe von 0 bis 30 cm und sollen laut Stenon direkt mit den von Laboren ermittelten Messwerten zur Bodenuntersuchung vergleichbar sein.

FarmLab im Test

An der Hochschule Osnabrück wurden im Frühjahr 2021 erste Erfahrungen mit dem FarmLab gesammelt. In einer Messkampagne erfasste man den P-, K- und Mg-Gehalt sowie den pH-Wert von Böden. Dazu wurde das FarmLab im Rahmen einer Erhebungsuntersuchung im westlichen Niedersachsen auf 71 Praxisschlägen eingesetzt. Auf jeder Fläche wurden jeweils an den Eckpunkten eines Dreiecks von 2 m Kantenlänge drei unabhängige FarmLab-Messungen durchgeführt. Parallel dazu wurden in der Nähe dieser Messpunkte getrennte Bodenproben aus der Krume für die Laboruntersuchung entnommen (siehe Übersicht 1 auf Seite 62). Schlussendlich ließen sich allerdings nur 64 Standorte (mit jeweils drei vollständigen Datensätzen) auswerten. Das lag daran, dass Einzelwerte der FarmLab-Messungen in der Cloud fehlten, worauf das Gerät im Feld jedoch nicht hingewiesen hatte.

Die gezogenen Bodenproben wurden luftgetrocknet und auf 2 mm gesiebt. Im Labor der Hochschule Osnabrück sowie in einem akkreditierten Agrarlabor wurden sie mittels VDLUFA-Standardmethoden auf P, K, Mg und den pH-Wert untersucht. Um sicherzustellen, dass die Bodenuntersuchungen im Hochschullabor auch zu richtigen Werten führen, wurde jede Bodenprobe doppelt untersucht. Als zusätzliche Maßnahme zur Qualitätssicherung wurden vom VDLUFA geprüfte Bodenproben mit bekannten Nährstoffgehalten parallel analysiert. Hier zeigte sich, dass kein Messergebnis dieser Standardproben außerhalb des vom VDLUFA zertifizierten Wertebereichs lag.

Ergebnisse: Ist das Labor doch genauer?

Die im Labor ermittelten P-, K- und Mg-Gehalte sowie die pH-Werte der untersuchten Praxisflächen decken einen weiten Bereich ab, der als typisch für die Region westliches Niedersachsen angesehen werden kann (Übersicht 2). Auf den in der Regel eher leichteren Böden ergeben sich in der Laboruntersuchung pH-Werte bis runter auf 4,3. Demgegenüber lag der niedrigste angezeigte pH-Wert des FarmLabs bei 5,5. Auch bei den anderen Kennzahlen zeigt sich, dass in den Laboruntersuchungen niedrigere Bodengehalte festgestellt wurden.

Die Übereinstimmung zwischen den Datensätzen der beiden Labore für die 192 Einzelproben ist für alle vier untersuchten Parameter als hervorragend zu bezeichnen (Bestimmtheitsmaß 0,97 bis 0,99; 1,0 ist der bestmögliche Wert). Im Gegensatz dazu passen die Labor-Bodendaten nicht gut zu den mittels FarmLab ermittelten Messwerten: Die Bestimmtheitsmaße für P, K, Mg und den pH-Wert liegen im Bereich von 0,1 bis 0,28.

Was sind die Ursachen?

Nun stellt sich die Frage, welche Ursachen für die unzureichende Übereinstimmung zwischen den Laborergebnissen und den FarmLab-Daten verantwortlich sein könnten. Durch die Qualitätssicherungsmaßnahmen im Labor der Hochschule wurde sichergestellt, dass die Bodenuntersuchung zu richtigen Messwerten geführt hat. Diese Bewertung wird durch die hervorragende Übereinstimmung zu den Ergebnissen des kommerziellen Labors gestützt.

Auch eine Fehlbedienung des Gerätes ist unwahrscheinlich. Denn es waren immer zwei Personen gleichzeitig an der Beprobung beteiligt und diese wurden im Vorfeld umfassend in die Bedienung des FarmLabs durch die Firma Stenon eingewiesen.

Für die schlechte Übereinstimmung bei den pH-Werten ist wahrscheinlich der für das FarmLab ausgewiesene Messbereich von pH 6,0 bis 7,8 zumindest mitverantwortlich. In der untersuchten Region sind jedoch auf vielen Standorten aufgrund der eiszeitlich bedingten Bodenentstehung sandige Böden mit häufig niedrigeren pH-Werten anzutreffen. Eine Fehlermeldung durch das Gerät erfolgte bei diesen tiefen Werten allerdings nicht.

Ähnliches gilt für die K-Bestimmung. Diese wird in der Gebrauchsanleitung zwar als sogenannte „Beta-Version“ bezeichnet, aber auch für diesen Nährstoff reicht der Messbereich von 7 bis 17 mg K/100 g in der beprobten Region nicht aus.

Eine bedeutende Ursache für die Abweichungen zwischen den FarmLab- und den Labordaten dürfte wohl die kleinräumige Heterogenität im Boden sein. Während mit der Bohrstockprobe ein kleiner Bohrkern von 30 cm Länge und 2 cm Durchmesser entnommen wird und in der vorliegenden Untersuchung mit fünf anderen Bohrkernen für die Laborprobe gemischt wird, erfolgt die Messung mit dem FarmLab-Sensor in einem sehr kleinen Bodenbereich. Bedingt durch die Bauart des Sensorkopfs wird nur im mittleren Bereich der Krume gemessen. Zudem umfasst die Kontaktfläche der Sensoren zum Boden nur wenige Quadratzentimeter.

Dies wird gestützt durch eine Auswertung der drei Einzelproben aus den Eckpunkten des Dreiecks. Dazu wurde jeweils der Zusammenhang von zwei der drei Messpunkte (MP 1 zu MP 2 bzw. zu MP 3) berechnet. Während bei den Labordaten das Bestimmtheitsmaß jeweils über 0,9 lag, wurden für die Beziehungen der FarmLab-Werte untereinander jeweils Werte von kleiner 0,8 ermittelt.

Basierend auf diesen Erkenntnissen müsste man vermutlich auch mit dem FarmLab für einen 3 bis 5 ha-Schlag 15 bis 20 Messungen à drei Einstiche durchführen. Der Vorteil des geringeren Aufwands würde sich dann relativieren.

daniel.dabbelt@topagrar.com