Test: Boden mittels Gamma-Strahlung kartieren

Nach der Kartierung mittels Bodenscan­ner wurden für den Methodenvergleich 50 Punkte auf den Flächen festgelegt, an denen Bodenproben entnommen wur­den. Die Bodenprobenahmepunkte wur­den so gewählt, dass eine möglichst gro­ße Spannweite der Kartierungsergebnis­se abgedeckt wurde. Vorgewende wurden nicht beprobt. Die Punkte wurden mit RTK-Genauigkeit auf wenige Zentimeter eingemessen und die Proben im Umkreis von 1 m Anfang November 2021 entnom­men. Hierbei erfolgten zehn Einstiche bis auf 30 cm Tiefe. Die Bodenproben wurden durch den Landesbetrieb Hessisches Lan­deslabor (LHL) untersucht. Im Anschluss wurden die Soiloptix-Kartierungsergebnis­se und LHL-Laborergebnisse für den Me­thodenvergleich einer statistischen Aus­wertung unterzogen.

Methodenvergleich zeigt durchwachsene Ergebnisse

Sand-, Schluff- und Tongehalte wer­den mit Soiloptix vergleichsweise gut ge­schätzt. Die Regressionsanalyse zeigt für Sand und Ton zwar auch leichte Abwei­chungen, die jedoch nicht statistisch gesi­chert sind. Der Schluffanteil wird bei der Soiloptix-Methode hingegen signifikant unterschätzt.

Die Gehalte an Kalium, Magnesium und Zink sowie der Gehalt an organischer Masse haben zwar keine auffälligen Abweichun­gen, jedoch ist bei der Schätzung von ei­ner erhöhten Fehlerquote auszugehen. Bei Schwefel, Mangan, Kupfer, Bor, Phosphor, Natrium und Eisen sind die Ergebnisse von Soiloptix nicht wirklich zufriedenstellend. Für die Nährstoffe Phosphor, Bor, Eisen, Na­trium sowie den ph-Wert konnte keinerlei statistischer Zusammenhang zwischen bei­den Methoden gefunden werden.

Schätzgenauigkeit durch Düngemittel erschwert

Eine mögliche Ursache für die unter­schiedliche Qualität der Schätzgüte von Soiloptix kann in der Messmethode selbst begründet liegen. Der Sensor misst die Gamma-Strahlung verschiedener Isoto­pe. Abgesehen von 137Cäsium kommen die anderen Isotope natürlich im Boden vor. ²³⁸Uran, ²³²Thorium und ⁴⁰Kalium sind in der Gitterstruktur einiger Minerale der Ur­sprungsgesteine zu finden.

Die natürliche Strahlungssignatur ist nach Verwitterung und Bodenbildung noch in den Agrarböden vorhanden. Die Art der Ursprungsgesteine bedingt auch die relativen Anteile der Korngrößenfrak­tionen. Sandfraktionen sind oft quarzdo­miniert und tragen daher kaum bis keine Radionuklide in sich. Die Tonfraktion be­steht hingegen aus Tonmineralen und Fe-Oxiden, die beide reicher an Radionukliden sind. Da die landwirtschaftliche Nutzung die Korngrößenverteilung nicht wesent­lich verändert, ist eine Schätzung über den Soiloptix-Scanner möglich.

Magnesium, Kalium und Zink sind eben­falls in den Ursprungsgesteinen vorhan­den und werden durch Verwitterungspro­zesse freigesetzt. Die räumliche Variation dieser Nährstoffgehalte ist somit prinzipi­ell auch über die natürliche Strahlung zu erklären. Jedoch werden Magnesium, Ka­lium und Zink sowohl als Dünger zusätz­lich ausgebracht als auch mit den Ernte­produkten abgefahren.

Ausgebrachte Düngemittel haben in Ab­hängigkeit ihrer Zusammensetzung auch eine unterschiedliche Gamma-Strahlung, die mit der Zeit die natürlich vorkommen­de Gamma-Strahlung des Bodens modi­fiziert. Dies kann die geringere Schätz­genauigkeit für diese Nährstoffe erklä­ren. Der Anteil organischer Masse steht in keinem direkten Zusammenhang zum Ur­sprungsgestein. Durch die Bindung orga­nischer Substanz an die Tonteilchen des Bodens (Ton-Humus-Komplexe) kann der Gehalt organischer Masse jedoch indirekt bestimmt werden, allerdings nur mit einer mittleren Schätzgenauigkeit.

Die Nährstoffe Schwefel, Mangan, Kup­fer, Bor, Phosphor und Eisen konnten al­lesamt nicht zufriedenstellend mittels Soiloptix erfasst werden. Begründet liegt die geringe Schätzgenauigkeit u. a. darin, dass diese Nährstoffe vor allem durch or­ganische Düngemittel aufgebracht werden, die vermutlich eine zu unterschiedliche Gammastrahlung aufweisen. Zusätzlich ist Schwefel stark auswaschungsgefährdet. Der pH-Wert gibt die Konzentration von H+-lonen in der Bodenlösung wieder. Die­ser steht vermutlich in keinem Zusammen­hang zu den Isotopen von Cäsium, Uran, Thorium oder Kalium und daher lässt sich der pH-Wert nicht über Soiloptix erfassen.

Abgesehen von der Messmethodik, die dafür verantwortlich ist, dass die Schät­zung für einige Bodenparameter nicht ak­zeptabel war, kann die Art der Bodenpro­benahme zur Streuung der Werte und da­mit einer geringeren Schätzgenauigkeit beigetragen haben. So lag eine Zeitspanne von etwa zwei Monaten zwischen der Kar­tierung und der Bodenprobenahme. Da­rüber hinaus können Unterschiede in der Nährstoffanalytik zu einer Erhöhung des Schätzfehlers geführt haben.

Bodenproben für die Kalibration von Soiloptix bzw. den Methodenvergleich wurden in unterschiedlichen Laboren ana­lysiert, deren Bestimmungsmethoden bei B, Cu, Fe, Mn, Na, S und Zn nicht identisch waren. Nicht zuletzt kann eine zu geringe Heterogenität der Bodenparameter eben­falls zu geringeren Schätzgenauigkeiten geführt haben.

Bodenart von Teilflächen über Soiloptix bestimmen

Die Ergebnisse des Tests lassen erken­nen, dass der Soiloptix-Sensor einige Bo­denparameter mit ausreichender Genau­igkeit schätzen kann, sodass nur für diese das Gerät auch eingesetzt werden sollte.

Sinnvoll ist ein Einsatz auf jeden Fall für die Erfassung der Bodenart, die ansons­ten im Labor aufwendig über Sieb- und Schlämmanalyse bestimmt werden muss. Als einzige weitere Informationsquelle zur Bodenart steht die Reichsbodenschätzung zur Verfügung. Deren räumliche Auflösung ist jedoch um einiges geringer im Ver­gleich zu einer Kartierung durch Soiloptix (Abbildung).

Abbildung: Kartierung der Bodenparameter (exemplarisch) mittels des Bodensensors Soiloptix

Ein Einsatzgebiet der Bodenkartierungs­ergebnisse wäre beispielsweise die teilflä­chenspezifische Aussaat. Je nach Bodenart unterscheidet sich die nutzbare Feldka­pazität, sodass die Saatstärke teilflächen­spezifisch angepasst werden kann. Weite­re Anwendungsmöglichkeit wäre die teil­flächenspezifische Beregnung, für welche die von der Bodenart abgeleitete nutzbare Feldkapazität eine entscheidende Steuer­g räße darstellt.

Für eine teilflächenspezifische Düngung ist die Kartierung mit dem Soiloptix-Sensor auf Grundlage der vorliegenden Untersu­chungsergebnisse nur bedingt zu empfeh­len, da ein gewisser Zusammenhang lediglich für einige wenige Nährstoffe gegeben war. Als alleinige Informationsquelle für die Bestimmung der auszubringenden Dünger­menge empfiehlt sich der Scanner nicht, da auch keine DLG-Zertifizierung vorliegt (le­diglich die Kalibrationsproben werden nach anerkannten Prüfmethoden untersucht) und der Einsatz bei Cross-Compliance-Kon­trollen zu Problemen führen könnte.

Jedoch kann die Kartierung dieser Nähr­stoffe für die Festlegung von Beprobungs­zonen genutzt werden. Diese sollten an­schließend mit einer Mischprobe je Zone im Labor untersucht werden, um abgesi­cherte Werte zu erhalten. Eine Kartierung für Schwefel, Mangan, Kupfer, Bor, Phos­phor, Natrium und Eisen ist nicht nutzbar. Auch eine teilflächenspezifische Kalkung er­scheint aufgrund der unzufriedenstellenden Schätzung des pH-Wertes nicht sinnvoll.

Fazit

Der Soiloptix-Sensor ist nur für die Kar­tierung der Korngrößenverteilung unein­geschränkt zu empfehlen. Wer in die teilflächenspezifische Aussaat einsteigen möchte, findet mit diesem Sensor ein gutes Werkzeug für die Bestimmung der Boden­art. Es ist hierbei auch nur eine einmalige Kartierung der Flächen notwendig, da sich die Bodenart über die Zeit nicht ändert.

Zusätzlich kann die Kartierung von Ka­lium, Magnesium und Zink sinnvoll sein. Jedoch sollten die Ergebnisse nur zur Zo­nenbildung genutzt werden und diese mit­tels konventioneller Bodenproben über ein herkömmliches Labor untersucht werden. Zur Bestimmung aller weiteren Nährstof­fe und des pH-Werts ist der Sensor bis­her nicht zu empfehlen. Für eine abschlie­ßende Beurteilung bei diesen Parametern müssten jedoch weitere Untersuchungen auf zusätzlichen Flächen durchgeführt werden.