Algemeen

De essentie van precisielandbouw is dat de juiste teelthandelingen op het juiste moment, op de juiste plaats in de juiste hoeveelheid worden uitgevoerd. Voor het frequent refereren van bodemvariabelen aan een GEO–locatie is de conventionele wijze voor bodembemonstering en -analyse prijzig. En een mengmonster is geen goed uitgangspunt voor het variabel doseren van meststoffen of het variëren van plant- en zaaiafstanden.

Kartering van de elektrische geleidbaarheid (Electrical Conductivity, EC), het organische stofgehalte (OS) en de zuurgraad (pH) biedt een goed fundament voor agrariërs die met precisielandbouw aan de slag willen gaan. 

Elektrische geleidbaarheid

De bodem bezit een bepaalde mate van elektrische geleidbaarheid. Binnen verschillende bodemtypes en zelfs binnen percelen zit veel verschil in elektrische geleidbaarheid. De elektrische geleidbaarheid kan gemeten worden en daarmee kan men een aantal bodemeigenschappen achterhalen.

De elektrische geleidbaarheid zegt iets over:

  • Grondsoort: de eigenschappen van de bodemdeeltjes kunnen gekarteerd worden. Door hun negatieve lading geleiden kleideeltjes meer elektrische stroom dan zanddeeltjes; 
  • Bodemvocht: vocht geleid elektrische stroom. Op zandgronden zal de geleidbaarheid dus vooral informatie verschaffen over de vochttoestand;  
  • Porositeit: de porositeit houdt verband met de capillaire opstijging en dus het bodemvocht; 
  • Zouten: des te meer zouten in de bodem aanwezig, des te hoger is de geleidbaarheid;  
  • Organische stof: hoe hoger het organische stofgehalte hoe hoger de geleidbaarheid. (Dit komt voornamelijk door de binding van vocht);  
  • Temperatuur: de temperatuur beïnvloedt de fasetoestand van water (gas, water, ijs) en daarmee dus indirect de geleidbaarheid. De geleidbaarheid neemt proportioneel circa 2 procent toen voor iedere graad stijging in bodemtemperatuur. (Ratering, 2012) 

 

Wat zegt de geleidbaarheid over uw akker? Op kleigronden zal de geleidbaarheid iets zeggen over het lutumgehalte, terwijl het op zandgronden meer om het vochtgehalte gaat. Zandgronden met een hoog organische stofgehalte neigen meer naar de eigenschappen van zavelgronden te gaan.

Organische stofgehalte


Figuur 1: Samenstelling van de bodem (Delden)

De bodem bezit een bepaald gehalte organische stof. Gewasresten, organische meststoffen en compost zijn belangrijke bronnen voor de aanvoer van organische stof. De intensiteit van de bodembewerkingen bepaalt grotendeels de mate van afbraak van organische stof. Het organische stofgehalte kan gemeten worden. In figuur 1 is het organische stofgehalte 5 procent.

Organische stof en het klei/humus–complex (CEC) zijn kritische factoren in de productiviteit. Deze bodemeigenschappen beïnvloeden onder andere het vermogen om water en nutriënten vast te houden, de mineralisatie van stikstof, de werking van bodemherbiciden en de bodemstructuur. Een verhoging van het organische stofgehalte is meestal gunstig voor de bodem en de potentiële gewasopbrengst. De berijdbaarheid en bewerkbaarheid van de bodem kunnen achteruit gaan door teveel organische stof. (Koopmans, 2007) 

Zuurgraad 

De zuurgraad van de bodem speelt een centrale rol in de bodemvruchtbaarheid. De beschikbaarheid van voedingsstoffen (chemische eigenschappen, fig. 2), de bodemstructuur (fysische eigenschappen) en het bodemleven (biologische eigenschappen) zijn alle drie afhankelijk van de zuurgraad.


Figuur 2: Zuurgraad in relatie tot beschikbaarheid van nutriënten (Rockwool)

 

De zuurgraad van de bodem wordt bepaald door de H+-deeltjes die in het bodemvocht voorkomen (pH). Een zure grond heeft een lage pH en een hoge concentratie H+-ionen. Kalkmeststoffen zijn in staat om H+-ionen te binden, waardoor de grond minder zuur wordt (de pH stijgt). (Koopmans, 2007)

De zuurgraad kan gemeten worden. In combinatie met de grondsoort, het organische stofgehalte en het bouwplan resulteert dat in een voorspelling van de kalkbehoefte. Met behulp van de gegevens kan een advies gegenereerd worden omtrent het variabel strooien van: - Kalk - Gips - Compost



Veris MSP3 bodemsensor

Doel

Het doel van de veris MSP3 bodemsensor is het al rijdende 3 belangrijke bodemvariabele in kaart brengen: de elektrische geleidbaarheid, het organische stofgehalte en de zuurgraad. De gemeten waarden worden met behulp van GNSS steeds aan een GEO–locatie gekoppeld. Met GEO–software, zoals het computerprogramma FarmWorks, kunnen de kaarten getekend worden. De kaarten dienen als belangrijke basis voor plaatsspecifieke bewerkingen. (Agrometius, Primeur: Agrometius toont Veris MSP3 bodemsensor, 2013)

Werking

De Veris bodemscanner wordt aan de hefinrichting van de trekker gekoppeld en kan tijdens het rijden 3 belangrijke bodemvariabelen in kaart brengen, te weten: zuurgraad (pH), organische stof en de geleidbaarheid (EC). De 3 genoemde meetinstrumenten zijn samengebracht op het Veris Mobile Sensor Platform (MSP, fig. 3): 


Figuur 3. De Veris bodemscanner in de hefinrichting van de trekker

 

  • De onderdelen ter bepaling van de geleidbaarheid zijn groengekleurd in figuur 4 (het groende gedeelte); 
  • De onderdelen ter bepaling van het organische stofgehalte zijn groengekleurd in figuur 5 (het groende gedeelte); 
  • De onderdelen ter bepaling van de zuurgraad zijn groengekleurd in figuur 6 (het groende gedeelte). 

 

 

Figuur 4. Bodemscanning geleidbaarheid

Figuur 5. Bodemscanning organische stof

Figuur 6. Bodemscanning zuurgraad

 

Een nadere toelichting volgt per bodemvariabele.  

Hoe werkt het automatisch karteren van de geleidbaarheid?

‘Zenden – geleiden – ontvangen’

Het Veris EC–systeem zendt elektrische stroom door de bodem tot een diepte van drie voet (ca. 91 cm). De Veris bodemsensor heeft zes kouterelektrodes, zie figuur 7. Wanneer de Veris bodemscanner door het veld wordt getrokken, injecteert een paar kouterelektrodes een bekend voltage in de bodem, terwijl de andere kouterelektrodes (de ontvangers) het verlies in voltage meten. Elke seconde wordt een meting gedaan. De gemeten geleidbaarheid en de GEO–locatie (d.m.v. GNSS) worden opgeslagen op de SD–kaart in de terminal (fig. 8).

De Veris bodemscanner legt de EC vast in twee kaarten, een kaart van de bouwvoor (0-30 cm) en een kaart van het hele bodemprofiel (0-91 cm). De kaart van de bouwvoor wordt vaak gebruikt voor het bepalen van de locaties waar de bodemmonsters genomen worden. De kaart van het bodemprofiel wordt gebruikt voor variabele toediening en stikstofmanagement. (Agrometius, Veris MSP3 bodemscanner, rijdende weg 3 belangrijke bodemvariabelen in kaart brengen, z.d.)

Figuur 7. Geleidbaarheid

Figuur 8. Terminal Veris

Hoe werkt het automatisch karteren van het organische stofgehalte?

De Veris OpticMapper is in het midden van het Veris Mobile Sensor Platform geplaatst. De OpticMapper bestaat uit een optische sensor gemonteerd in een speciaal ontworpen zaai-element (fig. 9). Hierdoor kan het organische stofgehalte van de bodem worden bepaald onder de gewasresten op braakliggende gronden.

Het concept achter de optische camera is te vergelijken met de technieken van een actieve, nabije gewassensor. Een actieve gewassensor zendt licht naar het gewas en meet vervolgens de hoeveelheid licht dat gereflecteerd wordt. De gewassensor meet vanuit de lucht en de optische camera van de Veris meet in de grond.

Het principe van de OpticMapper is gebaseerd op het feit dat de bodemkleur verband houdt met het organische stofgehalte. De OpticMapper zendt licht in de bodem en meet de reflectie van het licht. Het instrument maakt gebruik van reflectie in het visuele lichtspectrum (380-780 Nm) en nabij infrarood (NIR). De reflectiedata inclusief GEO–locatie worden naar een spectrofotometer verzonden. De data wordt verwerkt in een spectrofotometer om de bodemreflectie te vertalen naar waarden die gebruikt kunnen worden voor de bodemkaart. Aanbevolen wordt om dagelijks de camera te kalibreren met behulp van de meegeleverde magneet. Deze magneet heeft een zwarte en een witte zijde; elke zijde moet afzonderlijk tegen de camera geklemd worden en de gemeten waarden moet daarna geaccepteerd worden op de bedieningsterminal.

Bodems met veel koolstof–waterstof (CH), stikstof–waterstof (NH) en zuurstof–waterstof (OH) absorberen meer licht. Daarom is natte grond en grond met een hoog organische stofgehalte donkerder van kleur, zelfs voor het blote oog. Donker gekleurde gronden hebben weinig reflectie, deze absorberen het meeste licht. Licht gekleurde gronden geven veel reflectie, zij absorberen bijna geen licht. Dit zijn lichtere gronden met weinig organische stof. Zoals de NDVI een goed beeld geeft van de variatie in vegetatie op het oppervlak, doet de ondergrondse foto dit van het organische stofgehalte.

Belangrijk is het vasthouden van een constante diepte. Het meetelement is uitgerust met zijdelings verstelbare dieptewielen (fig. 10), de meetdiepte is verstelbaar van 2,5 tot 7,6 centimeter. Zodoende worden incorrecte metingen, veroorzaakt door het bodemvocht, voorkomen. De lichtbundel van de actieve sensor schijnt recht naar beneden. De OpticMapper moet diep genoeg door de grond getrokken worden, zodat invloed van zonlicht uitgesloten wordt. Het lijkt op een ruimte waar röntgenfoto’s ontwikkeld worden. (Lyseng, 2011)

De bodemmetingen worden verkregen door een raam van saffier (transparant edelsteen) op de bodem van een getrokken geul. Dit raam beschermt de camera tijdens gebruik. Er wordt één keer per seconde een meting gedaan en gecombineerd met de GEO–locatie door middel van GNSS. (Veris, z.d.)

Figuur 9. Optische sensor tussen 2 schijven

Figuur 10. Meten organische stof

Dan over de kaarten. Door een aantal bodemmonsters in een laboratorium te analyseren is de OpticMapper gekalibreerd. De gemeten waarde van de OpticMapper blijken heel dicht bij de gemeten waarden in het laboratorium te liggen. In de statistiek wordt de mate van correlatie tussen twee variabelen uitgedrukt in een correlatiecoëfficiënt (r2). De waarde ervan kan variëren tussen -1 en +1, waarbij 0 betekent dat er totaal geen lineaire samenhang is. Hoe dichter de waarde bij -1 of +1 ligt, hoe meer lineaire samenhang er is. De correlatiecoëfficiënt ligt met 0,95 zeer dicht bij 1 (fig. 11). Door de metingen van organische stof te combineren met de gemeten geleidbaarheid (zie vorige paragraaf), kan op basis van de sensorgegevens ook het klei/humus–complex berekend worden per GEO–locatie (fig. 12). Ook hier is de correlatiecoëfficiënt met 0,9 hoog te noemen.

 


Figuur 11. Correlatie gemeten organische stof

Hoe werkt het automatisch karteren van de pH?

Tijdens het rijden verzamelt en analyseert de Veris automatisch monsters op de zuurgraad, zonder tussenkomst van de chauffeur. Het kouter staat afgebeeld in figuur 14. De meetdiepte is verstelbaar van 4 tot 15 centimeter. De metingen worden uitgevoerd door een combinatie van twee, gel–gevulde, epoxy–omhulde, koepel–glas membraan, ion–selectieve pH–elektrodes. De bodemdelen worden in direct contact gebracht met de elektrodes en worden 7 tot 25 seconden gemeten (hangt af van de elektrode respons). De gemiddelde tijdsduur van de cyclus is 10 seconden. Elke meting is het resultaat van het gemiddelde van de output van de twee elektroden. Dit wordt gedaan om kruisgewijs de elektroden te valideren en om onjuiste metingen te filteren. (Stafford, 2005)

Tijdens het karteren van een perceel kunnen gewasresten voor de kouters verwijderd worden door middel van een ruiminrichting. Een hydraulische cilinder op een parallelle verbinding brengt het kouter in de grond. Het kouter schept bodemdeeltjes welke in een monsterbak terechtkomen. Het vorige monster wordt verwijderd aan de achterkant van de bak en het nieuwe monster komt aan de voorkant binnen. De hydraulische cilinder schuift uit, zodat de monsterbak uit de grond komt en de nieuwe bodemdeeltjes in contact komen met de twee ion–selectieve pH elektrodes in een elektrodehouder. Tijdens het heffen en zakken van het kouter wordt de voorkant van het kouter gereinigd door middel van een schraper. De elektrodes worden gewassen met twee roterende sproeikoppen terwijl een nieuw bodemmonster wordt genomen. Het water wordt opgeslagen in een voorraadtank van 378 liter (fig. 6). Optioneel kan de Veris uitgerust worden met schijven die de greppel van het kouter dichtmaken en het spoor bedekken met grond en gewasresten. Een externe elektronische controlemodule stuurt het bemonsteringproces aan, slaat de output van de ion–selectieve elektrodes op en verzend deze informatie naar een geheugen (SD–kaart) en een gebruikers interface module. Het instrument vertaalt de voltage uitput van de elektrodes naar pH. De Veris kalibreert zichzelf doordat oplossingen worden gebruikt die refereren aan een pH van 4 en 7. Aanbevolen wordt om de elektrodes dagelijks in de kalibratievloeistof te dompelen en de gemeten waarden te accepteren op de bedieningsterminal. Voor alkalische bodems is er ook een oplossing met een pH van 10. Alkalische bodems zijn kleigronden met een pH groter dan 9 en een slechte bodemstructuur. (Oosterbaan, 2003) Elke meting wordt gekoppeld aan een GEO–locatie door gebruik van GNSS. (Stafford, 2005)

De pH–metingen van de bodemscanner zijn vergeleken met analyseresultaten van een bodemlaboratorium (fig. 15). In de statistiek wordt de mate van correlatie tussen twee variabelen uitgedrukt in een correlatiecoëfficiënt (r2). De waarde ervan kan variëren tussen -1 en +1, waarbij 0 betekent dat er totaal geen lineaire samenhang is. Hoe dichter de waarde bij -1 of +1 ligt, hoe meer lineaire samenhang er is. Een r2 van 0,8 (fig. 12) is relatief goed dus. (Stafford, 2005)

Figuur 14. Het element voor de bepaling van de zuurgraad

Figuur 15. Correlatie tussen pH–metingen


Mogelijkheden

Wat is zoal mogelijk na een bodemscan met de Veris? Een opsomming van mogelijkheden: 

  • Zoals hieronder met een praktijkvoorbeeld toegelicht, kan een agrariër op basis van de gemeten zuurgraad variabel kalk toedienen. 
  • Op basis van de gemeten organische stofgehalten kan een agrariër de hoeveelheid effectieve organische stof per oppervlakte eenheid variëren. Denk hierbij bijvoorbeeld aan het variabel compost strooien. 
  • Op basis van de gemeten organische stofgehalten en de geleidbaarheid (0-91 cm) kan een agrariër de hoeveelheid bodemherbicide per oppervlakte eenheid variëren. Voor een goede werking van bodemherbiciden is een niet te hoog organische stof- en kleigehalte van de bodem belangrijk. 
  • De geleidbaarheid (0-91 cm) zegt op zandgronden iets over het aanwezige bodemvocht. Vocht is eveneens belangrijk voor een goede werking van bodemherbiciden. (Wilting, 2013) 
  • De geleidbaarheid (0-91 cm) heeft dus ook invloed op de bemesting, wanneer de geleidbaarheid aangeeft waar meer vocht of klei deeltjes aanwezig zijn, kan de nutriënten behoefte bepaald worden. Daarnaast kan het klei humus complex berekend worden door de EC en het organische stof gehalte te combineren. Hierdoor kan de grote van de gift bepaald worden. Waar meer uitspoeling gevaar is wordt minder tegelijk bemest. 
  • De geleidbaarheid (0-91 cm) zegt iets over de eigenschappen van de bodemdeeltjes en daarmee de indeling in grondsoort. Op zwaardere gronden, met meer kleimineralen, kan een grotere plant- of zaaidichtheid gehandhaafd worden vergeleken met de lichtere plekken. Het kiemingspercentage van tarwe op zwaardere grond is doorgaans slechter, terwijl een agrariër toch een uniform plantaantal over een heel perceel nastreeft.

Praktijkvoorbeeld: taakkaart en afgiftekaart bekalken

Figuur 13 is een overzicht van de meetpunten van de zuurgraad, inclusief een verwijzing naar de meetwaarden door middel van kleuren. In de praktijk wordt doorgaans een afstand van 10 meter tussen de werkgangen aangehouden. En bij een rijsnelheid van zeven kilometer per uur komen de meetpunten in een werkgang ongeveer 25 meter uit elkaar te liggen.

In de screenshot van figuur 16 zijn de meetpunten van de zuurgraad vertaald naar een taakkaart voor bekalken. Hiervoor heeft Agrometius, de aanbieder van de Veris in Nederland, het computerprogramma FarmWorks gebruikt. In de rode plekken is slechts een kalkgift van 400 kilogram per hectare nodig, terwijl de meest donker blauwe plek verwijst naar een kalkgift van 3.000 kilogram per hectare. Dat vraagt om een kalkstrooier die snel in de grootte van de gift kan variëren. Uit de afgifte kaart (fig. 17) blijkt dat de Amazone–kalkstrooier prima de kalk heeft verdeeld volgens de taakkaart. De Miramag magnesiumhoudende kalk bevat 520 kilogram neutraliserende waarde (n.w.) per ton. Gerekend met een organische stofgehalte van 3 procent en een bouwvoor van 25 centimeter dik, is de pH in de rode en de meest donkerblauwe plekken verhoogd met respectievelijk 0,1 en 0,7 eenheden. Daarnaast is het ook mogelijk dat een medewerker van Agrifirm de resultaten van de Veris scan omzet in een bemestingsadvies en taakkaart, zie daarvoor Bemestingsadvies door Agrifirm.

Figuur 16. Taakkaart bekalken

Figuur 17. Afgiftekaart bekalken


Kosten en baten

Voor het in kaart brengen van een perceel rekent Agrometius met een tarief van ongeveer € 150 per hectare. De kaart is een goed uitgangspunt voor agrariërs die met precisielandbouw aan de slag willen gaan. De sensor meet tamelijk stabiele bodemeigenschappen, vandaar is de bodemkaart meerdere jaren bruikbaar. Een agrariër kan de bodemscan zien als een investering over meerdere jaren. Waar te koop/beschikbaar? Agrometius heeft een Veris MSP3 bodemsensor en biedt daarmee de bodemscan inclusief kaart aan.

Contactgegevens:

Agrometius Nederland
Maatschapslaan 39
2404 CL Alphen aan den Rijn
T: +31 (0)884 366 321
F: +31 (0)172 469 620