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Ableitung von Vegetationsindizes zur Beschreibung - ResearchGate

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Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 25: 86–87 (2013)
Ableitung von Vegetationsindizes
zur Beschreibung von Bestandesparametern bei Zuckerrüben
Jorita Krieger1, Michael Baumecker1, Bärbel Kroschewski1, Frank Chmielewski1
und Frank Ellmer1
1
Humboldt-Universität zu Berlin,
Jorita.Krieger@agrar.hu-berlin.de
Landwirtschaftlich-Gärtnerische
Fakultät,
Berlin.
E-Mail:
Einleitung
Die nicht-destruktive Erfassung von Bestandesparametern ermöglicht die vegetationsbegleitende Beschreibung von Wachstums- und Entwicklungsvorgängen. Bei Zuckerrüben ist u.a. die Förderung der Jugendentwicklung eine Maßnahme zur Erhöhung der Ertragsfähigkeit dieser Kulturpflanze (Röver, 1995). Zudem ist für die Kampagnenplanung der Zuckerfabriken eine frühzeitige Abschätzung des Ertrages ohne
kostenintensive Proberodungen vorteilhaft. Mit spektrometrischen Messungen kann
z.B. der Einfluss von agrotechnischen Maßnahmen bewertet werden. Die Verarbeitung der Spektralwerte erfolgt über Vegetationsindizes, von denen auf den häufig
verwendeten Fernerkundungsindex NDVI nachfolgend näher eingegangen wird.
Material und Methoden
In Feldversuchen mit Zuckerrüben wurden in den Jahren 2008 – 2012 von Mai bis
Oktober wöchentlich Messungen durchgeführt. Zielstellung war die Kalibrierung eines
Handspektrometers (tec5 HandySpec Field) für verschiedene Bestandesparameter,
wie z.B. für den Blattflächenindex (BFI) und den Blattertrag. Die Feldversuche wurden als randomisierte Block- bzw. Spaltanlagen angelegt mit den Prüffaktoren Sorte,
N-Düngung, Blattdüngung (Berlin-Dahlem, lehmiger Sand, 2008 – 2010) bzw. Erntetermin, Sorte, N-Düngung (Thyrow, schwach schluffiger Sand, 2011 – 2012). Zur Berechnung des NDVI (= NIR – RED) / (NIR + RED) wurde die mittlere Reflexion im
Bereich von 580 – 680 nm (= RED) sowie 730 – 950 nm (= NIR) verwendet.
Ergebnisse und Diskussion
Der NDVI zeigte in Berlin-Dahlem im Jahr 2009 eine gute Übereinstimmung mit dem
BFI (2009, r² = 0,77), was sich ebenfalls auf dem Standort Thyrow in den Jahren
2011 und 2012 bestätigte (Abb. 1).
4,0
4,0
3,5
3,0
3,0
2,5
2,5
BFI
BFI
3,5
2011
2,0
2012
2,0
1,5
1,5
1,0
1,0
y = 0,2247e3,3491x
r² = 0,9159
0,5
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
NDVI
0,8
1,0
y = 0,2473e2,9746x
r² = 0,9078
0,5
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
NDVI
0,8
1,0
Abb. 1: Zusammenhang zwischen NDVI und BFI bei Zuckerrüben in Abhängigkeit
vom Jahr; Standort Thyrow
Parallelsektion Anbausysteme/Kulturarten
87
In allen drei Jahren wurde der für eine effektive Lichtausnutzung optimale BFI von
3,5 bis 4 (Röver, 1995) nicht überschritten. Hoffmann & Blomberg (2004) wiesen in
Feldversuchen mit Zuckerrüben nach, dass der NDVI bei geschlossenen Beständen
(BFI > 4) die Variation des BFI schlechter abbildet. Dieser Effekt konnte nicht
festgestellt werden, da in Abhängigkeit des Standortes aufgrund von einsetzender
Seneszenz der Bestandesschluss i.d.R. ab Mitte August nicht aufrechterhalten
wurde. Dementsprechend scheint der NDVI für moderat entwickelte Bestände ein
geeigneter Index zu sein, um den BFI von Zuckerrüben abzubilden.
Darüber hinaus wurde geprüft, ob der NDVI zur Abschätzung von Ertrags- und
Qualitätsparametern der Zuckerrübe geeignet ist. Erste Ergebnisse aus dem Jahr
2009 auf dem Standort Berlin-Dahlem zeigten, dass mit zunehmender Vegetationszeit der Zusammenhang zwischen NDVI und dem im Oktober gebildeten Rübenertrag anstieg, mit maximalen r²-Werten zwischen 0,75 und 0,77 im August. Ein
ähnliches Ergebnis zeigte sich bei den Parametern Zucker- und Bereinigter Zuckerertrag. Zudem bestand im Juni während der frühen Blattentwicklung ein deutlicher
Zusammenhang zwischen dem Amino-N-Gehalt und dem NDVI. Der Zuckergehalt
hingegen wies keine Beziehung zum NDVI auf.
Auf dem leichten Standort Thyrow wurden in den Jahren 2011 und 2012 zu vier
Terminen der Blatt- und der Rübenertrag destruktiv ermittelt und mit den jeweils
zeitnah erfassten Spektralwerten in Form des NDVI in Beziehung gesetzt (Tab. 2).
Tab. 2: Zusammenhang zwischen NDVI und destruktiv erhobenen Ertragsparametern bei Zuckerrüben in Abhängigkeit vom Jahr; Standort Thyrow
Jahr:
Merkmal
Gesamt-FM-Ertrag
Gesamt-TM-Ertrag
Blatt-FM-Ertrag
Blatt-TM-Ertrag
Rüben-FM-Ertrag
Rüben-TM-Ertrag
2011 (Formel: y = axb)
r²
a
b
0,59
182,09
2,78
0,56
40,54
3,32
0,89
51,09
2,30
0,76
10,57
2,77
0,53
183,21
4,11
0,52
38,70
4,42
2012 (Formel: y = axb)
r²
a
b
0,88
211,46
3,50
0,81
46,75
4,18
0,98
51,09
2,40
0,94
9,06
2,93
0,81
187,95
4,92
0,79
44,30
5,39
Legende: FM Frischmasse, TM Trockenmasse
Zwischen NDVI und Blattertrag (FM und TM) wurde in beiden Jahren mit r²-Werten
zwischen 0,76 und 0,98 ein hoher Zusammenhang gefunden. Ebenfalls beim
Rübenertrag deuten die insbesondere im Jahr 2012 vergleichsweise hohen r²-Werte
auf eine mögliche Eignung des NDVI zur Ertragsprognose hin. In beiden Jahren
wurde im August eine hohe Übereinstimmung (2011: r² > 0,85; 2012: r² > 0,70)
zwischen der NDVI-Messung und den zeitnah erhobenen Ertragsparametern gefunden. Bereits im Juni konnte der Ertrag des Monats August gut mit dem NDVI abgebildet werden (r² > 0,60), während bei der Endernte im Oktober nur beim Rübenertrag
ein r² über 0,66 erreicht wurde. Zucker- und Bereinigter Zuckerertrag wiesen eine geringere Beziehung zum NDVI auf (r² ~ 0,50). Die Versuche werden im Jahr 2013
weitergeführt, um die gewonnenen Ergebnisse zu überprüfen.
Literatur
Hoffmann, C. A.; Blomberg, M. (2004): Estimation of Leaf Area Index of Beta vulgaris L. Based on
Optical Remote Sensing Data. Journal of Agronomy and Crop Science 190:197-204
Röver, A. (1995): Ertragsbildung von Zuckerrüben in Abhängigkeit von Blattfläche und intraspezifischer Konkurrenz. Dissertation, Universität Göttingen, Cuvillier Verlag, Göttingen
Parallelsektion Anbausysteme/Kulturarten
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Gesundheitswesen
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