Landtechnik

NIR-Sensoren - Gehalte in Echtzeit auf dem Feld messen

Wer die Inhaltsstoffe seiner Gülle kennt, kann effizienter und exakter düngen. Auch bei der Futterernte bringt es viele Vorteile, schon auf dem Feld zu wissen, wie gut die Energiewerte des Futters sind. Dabei helfen NIR-Sensoren, die direkt auf dem Feld die nötigen Messwerte liefern.

Da die Zusammensetzung der Gülle sehr heterogen ist, ist es notwendig, zusätzlich zum Infrarotsensor einen Durchflussmesser zu installieren,  um die Menge der ausgetragenen Nährstoffe zu überwachen. 

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Journalist

Zu den Hauptvorteilen der Technolgie Nah-Infrarot (NIR) gegenüber den herkömmlichen chemischen Verfahren der Laboranalyse gehört die sofortige Verfügbarkeit der Messwerte in Echtzeit. Darüber hinaus ist im Rahmen der AP22+ und der gesellschaftlichen Forderung einer immer «grüneren» Landwirtschaft damit zu rechnen, dass diese Technologie bei den Schweizer Betrieben zunehmend gefragt sein wird.

Einsatz der NIR-Sensoren

Die wichtigsten Anwendungen der NIR-Sensoren betreffen die Kontrolle und Analyse von Silage sowie die Analyse der Zusammensetzung von Gülle zur Ausbringung. So lässt sich der Gehalt an Trockenmasse, Stärke, Rohprotein, Rohfasern, Neutralund Säure-Detergenzien-Fasern, Zucker und Rohasche genau feststellen. «Die Züchter legen viel Wert auf die Ernährung des Viehs und wollen die Energiewerte ihrer Futterbestände ganz genau wissen. Auf diese Weise können sie bei den Futterzusätzen sparen», erklärt Julien Chassot, Berater Neue Technologien beim Claas-Importeur Serco Landtechnik. Der deutsche Hersteller hat seinen ersten Sensor auf die Feldhäcksler des Modells Jaguar vor zwei Jahren eingeführt, der ausschliesslich für die Futterernte – Gras, unvollständig ausgereiftes Getreide, Sorghum, Kolbenmais und Silomais – dient. Für die Gülle hat sich Claas mit der Firma Zunhammer zusammengeschlossen, deren Sensordaten mit der Telemetrie von Claas kompatibel sind.

Interview  «Den Futterwert mit hoher Genauigkeit bestimmen»

Als Landwirt und Verantwortlicher der Waber SA, einem landwirtschaftlichen Lohnunternehmen mit Sitz im «Milieu du monde» in Pompaples (VD), arbeitet Olivier Waber für etwa 300 Landwirtinnen und Landwirte, hauptsächlich zwischen Morges und Yverdon-les-Bains. Er besitzt zwei selbstfahrende Feldhäcksler, acht Mähdrescher und sechs Traktoren.

UFA-Revue: Sie haben beschlossen, Ihren neuen Feldhäcksler mit einem NIR-Sensor zu bestücken, warum?

Olivier Waber: Wir können damit bei unserer Maisernte sehr viel schneller arbeiten. Je nach Trockenmassegehalt, den man erzielen möchte, gibt man die gewünschte Schnittlänge am Rechner ein. Der Sensor übermittelt der Maschine die Information, die automatisch den Schnitt regelt. Ausserdem erzeugen wir viele Maiswürfel aus getrockneten Pflanzen. Wenn heute ein Kunde beispielsweise 8,2 Tonnen Würfel bei uns anfordert, liefern wir ihm die 8,2 Tonnen (+/–2 %) genau. Vorher war es immer eine Mulde Mais zu wenig oder zu viel. Infolgedessen musste ich Transporte organisieren, den Kunden anrufen usw. Jetzt liefere ich punktgenaue Mengen. Das ist ein erheblicher Vorteil für die Logistik, die eine bessere Rentabilität ermöglicht.

Wie setzen Sie den HarvestLab 3000 im Bereich des Silomais ein?

O. Waber: Beim Futter ist es generell immer schwierig, einen Richtpreis festzusetzen, denn die Qualität kann schwanken. Manchmal kauft man Maisballen zu 100 bis 150 Franken den Ballen, und wenn man ihn öffnet, findet man fast nur Grün. Der Mais wurde viel zu früh siliert, so dass er fast keinen Energiewert hat. Mit dem Sensor liegen nun sofort die genauen Messungen des Trockenmassegehalts und der Futterzusammensetzung vor. So lässt sich ein fairer Preis festsetzen, und der Kunde weiss, was er kauft, und damit auch, was er an sein Vieh verfüttert. Früher musste nach der Silage ein Techniker gerufen werden, und man musste die Ergebnisse der Futteranalysen abwarten, um die Werte zu erfahren, die hier in Echtzeit geliefert werden.

Hat sich Ihre Investition amortisiert?

O. Waber: Noch nicht, aber wir bieten eine Dienstleistung an, mit der wir uns von der Konkurrenz abheben können. Das System liefert hervorragende Ergebnisse. Es ist jedoch nach wie vor entscheidend, einen sehr guten Fahrer zu haben. Auch die besten Sensoren sind nutzlos, wenn der Fahrer seine Maschine nicht richtig schleift und nachstellt oder das Platzen der Körner schlecht kontrolliert.

Futter und Hofdünger

Den auf dem Schweizer Markt führenden HarvestLab 3000 von John Deere gibt es seit 2007 (in der ersten Version). Er lässt sich ortsfest montiert für Silage oder Gülle oder auch stationär einsetzen (in letzterem Fall in Zusammenarbeit mit Fliegl). Durch die Verknüpfung der für das Gras oder den Mais gesammelten Daten werden sehr viele Anwendungen möglich. So bietet John Deere in Zusammenarbeit mit dem Strickhof seinen Kunden unter anderem die Möglichkeit, die Netto-Energie Laktation (NEL) des Futters zu berechnen. «Während die Maschine erntet, werden dem Landwirt Menge und Nährwert des Getreides in Echtzeit am Bildschirm in der Kabine angezeigt. Die Lohnunternehmen können die Ergebnisse direkt auf das Smartphone ihrer Kunden senden. Anhand der Ertragskartierung lassen sich zum Beispiel auch die Parzellen über mehrere Jahre vergleichen», erläutert Stefan Peter, Produktspezialist Farmsight bei Robert Aebi, Importeur von John Deere.

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Eine Lichtquelle im Auswurfkrümmer lenkt die Strahlung auf den Futterstrom. Dieser wird je nach Feuchtigkeit der Ernte anders reflektiert.

Ein weiterer Pionier dieser Technologie ist Dinamica Generale aus Italien. Bislang sind die Italiener in der Schweiz aber wenig präsent. Dinamica Generela hat 2007 den mobilen Sensor AgriNIR für Futter und Getreide eingeführt, eine der Referenzen in diesem Bereich. Auch bei den New Holland Feldhäckslern für Mais oder den Orkel Maispressen findet man die italienische Technologie.

Gülle

Die Analyse der Zusammensetzung von Rinder- oder Schweinegülle mit NIR-Sensoren ist in der Schweiz bis jetzt nicht besonders gefragt. Allerdings wächst in den Getreideanbauregionen wie beispielsweise Orbe das Interesse daran, denn dort ist es wichtig, den Gehalt der Böden an organischen Stoffen zu kennen. In den Viehzuchtregionen wird dagegen die Gülle noch als Abfall angesehen. Die Investition in die NIR-Technologie lässt sich für einen einzelnen Bauernhof schwer rentabilisieren, umso mehr, als die durchschnittliche Parzellengrösse von Schweizer Betrieben nicht mehr als etwa 20 Hektar beträgt. Tatsächlich liegt der Preis von NIR-Sensoren je nach Optionen und der Anzahl der Bestandteile, die dargestellt werden sollen, im Bereich von 20 000 bis 40 000 Franken. 

Die Infrarot-Spektroskopie

Die Nah-Infrarot-Spektrometrie (NIRS, englisch für Near Infra Red Spectroscopy) ist eine Analysetechnik auf der Basis der Lichtabsorption von organischem Probenmaterial. Die Wellenlängen im Nah-Infrarotbereich des Lichtspektrums (800 – 2500 Nm) interagieren mit den chemischen Verbindungen zwischen den Atomen organischer Moleküle (beispielsweise Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff). Die Licht absorption ist also an die chemische Zusammensetzung gebunden. Diese lässt sich durch die einfache Messung der Absorption von Infrarotlicht schätzen. Diese Messung wird mit einem Spektrometer durchgeführt, entweder bei der Übertragung (das Licht geht durch eine feine oder transparente Probe), oder bei der Reflexion (das Licht wird von einer dickeren oder lichtundurchlässigen Probe reflektiert).

NIRS setzt eine Kalibrierungsphase voraus, in der das Infrarotspektrum mit den Ergebnissen der im Labor mit chemischen Verfahren, so genannten Referenzmethoden, durchgeführten Messungen abgeglichen wird. Diese Kalibrierkurven werden für jedes Produkt und jeden chemischen Bestandteil erstellt, der später identifiziert werden soll. Im Falle der Sensoren, die in der Landwirtschaft zum Einsatz kommen, werden die Kalibrierkurven von den Herstellern erstellt und regelmässig aktualisiert.

«Das Wichtigste sind die Kalibrierkurven. Wir führen jährlich Tausende Tests durch, mit denen sie aktualisiert werden können. Dabei werden der Klimawandel und die neuen Mais- oder Weizensorten berücksichtigt, die auf den Markt kommen», erklärt Stefan Peter, Produktspezialist Farmsight bei Robert Aebi.

Die Vorteile von NIRS liegen in der Tatsache, dass es sich um eine schnelle und zerstörungsfreie Technik handelt. Das Spektrum einer Probe liegt in Sekundenschnelle vor, so dass eine sofortige Vorhersage der Zusammensetzung möglich ist. Weiter bleibt die Probe nach der Analyse in unverändertem Zustand.

Mit der NIRS lassen sich ausserdem die aggregierten Nährwerte wie beispielsweise Energie- oder Verdaulichkeitswerte mit einem guten Vertrauensbereich vorhersagen.

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