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Bodenproben können mittels Spektroskopie direkt auf dem Feld gemessen werden. Forschende von Agroscope haben mobile Geräte im Feld geprüft und zeigen auf, wie man am besten dabei vorgeht.
Um die Bodenfruchtbarkeit zu bestimmen, müssen Bodenproben bisher im Labor aufwändig analysiert werden. Eine spektroskopische Methode verspricht die Messung direkt auf dem Feld. Diese ist schneller und kostengünstiger, da aus den Spektren in Kombination mit einem Vorhersagemodell verschiedene Bodencharakteristika abgeleitet werden können. Damit können wesentlich mehr Proben analysiert werden und sowohl die räumliche Verteilung der Bodenfruchtbarkeit als auch ihre Veränderung über die Zeit besser untersucht werden.
Tragbare Geräte machen Messung im Feld attraktiv
Die Methode basiert auf der Spektroskopie im sichtbaren und Nah-Infrarot-Bereich (vis-NIR), die bereits seit einigen Jahren für die chemische und physikalische Analyse von Bodenproben erforscht wird. In jüngerer Zeit wurden zudem tragbare und erschwingliche Geräte entwickelt, so dass die Methode direkt im Feld eingesetzt werden kann.
Forschende von Agroscope haben zwei verschiedene tragbare Spektrometer getestet: ein kompakteres, günstigeres Gerät (NeoSpectra Scanner, Si-Ware Systems) und ein teureres, schwereres Profi-Spektrometer für Forschungszwecke (PSR-3500, Spectral Evolution). Damit wurden verschiedene Böden und Felder untersucht. Folgende Proben wurden gemessen:
- die seitliche Schnittfläche einer 20 cm tiefen Bodenprobe, die mit einem Edelman-Bohrer entnommen wurde
- die rohe Bodenoberfläche
- die gereinigte und geglättete Bodenoberfläche
Ausgewertet und verglichen wurden insgesamt 134 Messpunkte an drei Standorten. Sie wurden zum einen mit den beiden Spektrometern, zum andern auch im Labor analysiert um ein Modell zu kalibrieren, welches die Labordaten aus den Spektraldaten vorhersagt.
Im Gegensatz zur Labormethode, bei der die Bodenproben vor der Analyse getrocknet werden, arbeitet die Spektroskopie-Messung im Feld mit frischen Proben, die unterschiedliche Mengen Wasser enthalten. Die Bodenfeuchtigkeit hat allerdings einen starken Einfluss auf die gemessenen Spektren. Deshalb muss der Einfluss der Bodenfeuchtigkeit, mit Hilfe von Modellen aus den Daten herausgerechnet werden.
Bodenfruchtbarkeit erfolgreich gemessen
Beide Spektrometer haben wichtige Parameter der Bodenfruchtbarkeit wie Ton, Sand, pH-Wert, organischen Kohlenstoff, Kationenaustauschkapazität, Gesamtstickstoff und pflanzenverfügbares Magnesium erfolgreich vorhergesagt. Hingegen haben die Geräte das gesamte und das verfügbare Kalzium, den Kalium-, Phosphor- und den Gesamt-Magnesium-Gehalt nicht zuverlässig gemessen.
Günstiges Spektrometer liefert brauchbare Resultate
Zwar lieferte das Forschungsspektrometer für die meisten Parameter bessere Resultate, doch die Kalibrierungen mit dem einfachen Spektrometer führten dennoch zu zufriedenstellenden Vorhersagen. Einzig beim pH-Wert schnitt das einfache Spektrometer deutlich schlechter ab als das Profigerät.
Die beste Messposition befand sich entlang der abgeschnittenen Seiten der Edelman-Bodenproben. Die Autoren empfehlen zudem, die Messung mindestens fünfmal zu wiederholen.
Fazit
- Der Einsatz von tragbaren Spektrometern im sichtbaren und Nah-Infrarot-Bereich (vis-NIR) eignet sich zur Messung von verschiedenen Bodenfruchtbarkeitsindikatoren wie Ton, organischem Kohlenstoff, Gesamtstickstoff, pH-Wert und Kationenaustauschkapazität.
- Das teurere Profi-Spektrometer liefert robustere Werte ab als das günstigere Gerät, aber letzteres liefert trotzdem aussagekräftige Resultate – mit Ausnahme des pH-Werts.
- Die beste Scanposition im Feld befindet sich entlang der Schnittflächen einer Bodenprobe, die zum Beispiel mit einem Edelman-Bohrer gewonnen werden kann.
- Mit der vis-NIR-Spektroskopie im Feld und guten Modellkalibrationen lässt sich die räumliche und zeitliche Verteilung der Bodenfruchtbarkeit einfacher und kostengünstiger untersuchen.