Tidskrift/serie Meddelande från Södra jordbruksförsöksdistriktet. SLU, Institutionen för växtvetenskap, Södra jordbruksförsöksdistriktet

Transkript

1 Bibliografiska uppgifter för Inomfältsvariation - en nyckelfråga vid markkartering Tidskrift/serie Meddelande från Södra jordbruksförsöksdistriktet Utgivare Utgivningsår 2004 Nr/avsnitt 57 Författare Söderström M. Ingår i... Huvudspråk Målgrupp SLU, Institutionen för växtvetenskap, Södra jordbruksförsöksdistriktet Rapport från växtodlings- och växtskyddsdagar i Växjö den 8 och 9 december 2004 Svenska Rådgivare Nummer (ISBN, ISSN) ISSN X, ISRN SLU-SJFD-M-57-SE

2 INOMFÄLTSVARIATION - EN NYCKELFRÅGA VID MARKKARTERING Mats Söderström Lantmännen / SLU, Inst för markvetenskap, Avd. för precisionsodling Lidköping / Skara E-post mats.soderstrom@lantmannen.se, Introduktion Precisionsodling innebär att man eftersträvar att anpassa åtgärder som gödsling och kalkning till det behov som finns på olika delar av fältet. Inom precisionsodlingen avser man alltså att ta hänsyn till markens inomfältsvariation och hur avkastningen varierar inom fältet, och för att detta ska lyckas krävs god kunskap om hur denna inomfältsvariation ser ut. Under senare år har nya metoder t ex vid markkartering börjat användas. Internationellt har den praktiska användningen av mätinstrument som ger en uppfattning om markens elektriska ledningsförmåga (konduktivitet; för samma typ av mätning skrivs ibland electrical conductivity - EC eller elektromagnetisk induktion - EMI) blivit allt mer utbredd (t ex Doerge et al., 2000; King & Dampney, 2000; Nehmdahl & Greve, 2001). Anledningen är bl a en önskan att kunna förbättra den detaljerade karteringen av markegenskaper inom enskilda jordbruksskiften. Markens konduktivitet påverkas av flera faktorer som påverkar grödans tillväxt, t ex lerhalt, mullhalt, markvattenhalt och framförallt jordens salthalt. I våra jordar tycks det i huvudsak vara lerhaltsvariationer som ger störst utslag på konduktiviteten. Lerhaltsbestämning på laboratorium är kostsam och det är därför mycket intressant om det finns billiga och enkla metoder för att snabbt kunna få en uppfattning om lerhalten (Gilbertsson, 2001; Nehmdahl & Greve, 2001). Exempel på mätinstrument för konduktivitet är t ex VERIS och EM38 (Sudduth et al, 2001). Finessen med dessa instrument är att man relativt snabbt och billigt kan kartera ett skifte med en hög detaljeringsgrad. EM38-mätning har pågått kommersiellt i Sverige sedan Till augusti 2004 har ca 5000 ha mätts upp varav omkring 80% som kommersiell tjänst åt lantbrukare, (på omkring 60 olika gårdar) resterande del i olika FoU-projekt. Huvudsaklig användning är f n planering av jordprovtagning i samband med markkartering. Här är avsikten att beskriva metoden samt redogöra för några av erfarenheterna från dessa mätningar. Exempel ges på hur EM38- mätning med fördel kan användas vid potatisodling samt försöksplanering. Utrustningen Vid kartering med EM38 dras instrumentet efter en fyrhjulig motorcykel på en plastsläde, eftersom metallföremål i närheten påverkar mätvärdena. Samtidigt mäts positionen med DGPS (differentiell GPS satellitpositioneringsutrustning med korrektionssignal för ökad positionsnoggrannhet (< 2 m)) och data från både GPS och EM38 registreras kontinuerligt. EM38-instrumentet generar ett elektromagnetiskt fält som genom induktion ger upphov till svag elektrisk ström i jorden som i sin tur genererar ett sekundärt magnetfält, vilket mäts av instrumentet. Förhållandet mellan det primära och det sekundära magnetfältet är en funktion av konduktiviteten (McNeill, 1992). Instrumentet kan placeras på två olika sätt, antigen vertikalt eller horisontellt. Vid vertikal mätning erhålls ett mätvärde som påverkas av förhållandena i jorden ned till ca 1,5 m, vid horisontell mätning till ca halva det djupet (Sudduth et al, 2001). Den maximala responsen i det förstnämnda fallet är vid ca 0,4 m under sensorn och i det senare fallet omedelbart under sensorn. Vid kartering görs mätning ofta med vertikalt instrument eftersom det registrerade värdet då tycks stabilare, men ibland 26:1

3 förekommer en kombination av två instrument som mäter samtidigt, ett vertikalt och ett horisontellt. Detta kan ge en uppfattning om skillnader i jordartsvariation i jordprofilen. Planera markkarteringen med hjälp av EM38-mätning Korrelationen (r) mellan lerhalt och EC är ofta i storleksordningen 0,7-0,8. men även andra markparametrar som t ex K-AL, K-HCl, Mg-AL, Cu-HCl är normalt signifikant korrelerade till konduktivitetstalet då dessa värden ofta är relaterade till lerhalten. I figur 1 visas resultatet av en EM38-kartering och analyser av lerhalt i matjordsprover som är gjord på en del av en gård i Halland. Området med hög lerhalt i söder och det centrala området med betydligt lägre lerhalter fångas upp väl av EM38-karteringen. I övergången mellan de båda områdena stämmer inte lerhalten lika bra med konduktivitetstalet. Det kan t ex bero på att det kan vara ett tunnare lager med lätt jord över den lerigare jorden vilket ger högre värden från EM38- instrumentet än vad man kan förvänta sig om man jämför med uppgifter från en jordprovtagning. Figur 1. Resultatet av en EM38- kartering (orange (ljust) =lägst; mörkblått (mörkt) =högst). Prickarna visar lerhalt i matjordsprover (stor prick=hög lerhalt). Lerhalten (%) finns angiven vid respektive provpunkt. Del av Hea gård i Halland. Om jorddjupet är litet, d v s om det finns berg strax under markytan, så ger detta låga värden. Instrumentet är känsligt och kan störas av vattenledningar, stängsel eller annat som kan påverka den uppmätta ledningsförmågan. Även mycket mullrik jord kan ge oväntade värden. Kartor över konduktivitet bör därför tolkas med försiktighet och det är en fördel om kartan kan kombineras med god kännedom om marken i fråga. Man kan emellertid notera att ett speciellt konduktivitetsvärde inte direkt kan kopplas till ett givet lerhaltsvärde. Vanligen är man därför intresserad av den relativa inomfältsvariationen mer än de aktuella mätvärdena. Trots att konduktiviteten påverkas bl a av markfuktighet och marktemperatur har många undersökningar visat att den relativa variationen av konduktivitetsvärdet inom fälten är tämligen konstant (t ex Nehmdahl & Greve, 2001; Sudduth et al, 2001). Det betyder att områden med högst respektive lägst konduktivitet enligt EM38-mätning normalt är de samma, oavsett tidpunkt på året. Men det betyder också att man alltid måste ha ett antal referensprover med markanalyser för att säkert kunna förstå vad värdena från mätningen betyder. Mätning med EM38 används idag främst för planering av jordprovtagning. Tanken är att lokalisera provpunkterna till så stabila områden som möjligt så att varje prov blir representativt för omgivningen. Metoden som används i Sverige (av Analycen Nordic AB) 26:2

4 kan beskrivas som styrd stratifierad provtagning (beskrivs av Olsson et al, 2003). Som vid en traditionell markkartering tas ungefär ett prov/ha. Men dessas placering blir oregelbunden och bestäms av EM38-karteringen (se provpunkterna i figur 1). Ett alternativt användningsområde är att utnyttja EM38-karteringen för att dela in fältet i mer homogena delområden, med likartade markförhållanden. Sådana zoner brukar benämnas management zones (brukningszoner) i precisonsodlingssammanhang och förespråkas i bland som mer kostnadseffektiva än den mer detaljerade jordprovtagningen (t ex Nehmdahl & Greve, 2001). Provtagningen kan då begränsas till ett fåtal prover per zon vilket kan ge en lägre kostnad, men en högre precision än en traditionell kartering (se t ex Söderström, 2002). Brukningszonerna kan ses som en kompromiss mellan att utnyttja fältmedeltalet och försöka modellera fältet som en yta med kontinuerlig variation Exempel på andra tillämpningar Förbättrad potatiskvalitet Hushållningssällskapet Halland har tillsammans med Lantmännen utfört fältförsök med GPSstyrd precisionsspridning av kalium till potatis i ett fält där det under flera år har varit problem med ojämn kokkvalitet mellan prover i samma parti (Lindholm & Karlsson, 2004). Det är relativt stor prisskillnad mellan potatis i olika kvalitetsklasser. Genom att gödsla med varierad kaliumgiva efter K-AL-värdena i marken fick man en säkrare och jämnare kokkvalitet (klass I) på hela fältets skörd jämfört med en enhetlig giva. Inom området där man gödslade som medelgivan hamnade partiet i kvalitetsklass II, vilket gav 20 öre per kilo lägre än klass I. Man tjänade kronor på att få denna del av fältet i klass I (20 öre/kg x kg/ha = kr/ha. 4,5 ha x kr/ha = kr). Skiftesstorleken var i det här fallet ca 12 ha. Det finns således mycket att vinna på att basera kaliumgödsling till potatis på en säker K-ALkarta. En EM38-mätning ger en utmärkt möjlighet till förbättrad kartering av K-AL. Särskilt i mindre fält där man avser att precisionsgödsla, som i detta exempel, kan det vara en fördel att använda EM38-mätningen för att dela in fältet in olika zoner där jordprovtagningen görs. Behovet beräknas sedan för respektive zon. Denna metod är ofta den mest kostnadseffektiva om det finns en jordartsvariation på fältet. I figur 2 visas ett exempel på hur K-AL-talet följer en zonindelning som gjorts genom en EM38-mätning. K-AL (mg/100 g jord) EM38-mätning för bättre kartering av K-AL Bryggum, Västergötland Klassning från EM38 Figur 2. En klassindelning av EM38-karteringen är användbar för indelning av fälten i olika zoner där jordprov lämpligen tas ut. Vid potatisodling är K-AL-talet av särskild betydelse, och här är sambandet med EM38-mätningen vanligen starkt. Exempel från en gård i Västergötland (där man dock inte odlar potatis) som visar medelvärde och spridning av K-ALtal i områden med olika EM38- värde. 26:3

5 Försöksplanering Både för traditionell försöksplanering, där man normalt är beroende av homogena "bakgrundsförhållanden" för att man ska kunna tolka försöksresultaten korrekt, samt vid försök där man testar teknik som används för precisionsodling, är det ovärderligt att känna till jordartsvariationen. Ibland används en vanlig markkartering med ett jordprov per ha som grund, men variabiliteten mellan provpunkterna är vanligen mycket svår att bedöma, vilket är en stor osäkerhetsfaktor vid försöksplanering. EM38-mätningen tillsammans med ett antal jordprover, kombinerat med kunskap som brukaren har om fältet, ger en mycket god uppfattning om variationer i fältförhållandena och en möjlighet att hitta de mest lämpliga försöksplatserna. Figur 3 visar hur man kan tänka sig att lägga ut olika typer av försök med utgångspunkt från en EM38-kartering. Det är även möjligt att kombinera EM38-mätningen med andra typer av mätdata (t ex detaljerad topografi eller reflektansvärden från N- Sensormätning) om man vill klassificera en gård i olika zoner som är relativt homogena (se t ex Söderström & Lindén (2004) som beskriver ett exempel från Hushållningssällskapets försöksgård Logården i Västergötland). a. Försök längs hela kördrag b. Små försöksytor eller provpunkter c. Vanliga blockförsök Figur 3. Exempel på hur planeringen av olika typer av försök kan anpassas efter inomfältsvariationen som kan mätas upp m h a EM38 (Söderström & Lindén, 2004). Slutsatser Karteringar av konduktivitet med EM38 har generellt visat sig överensstämma väl med jordartsvariationer på fälten, men man måste alltid ta jordprover för att förstå vad konduktivitetsvärdena betyder. I de fall det finns en betydande jordartsvariation på fälten är EM38-kartering en effektiv metod för hitta övergångszoner mellan jordarterna. Beroende på att mätdjupet är avsevärt större än matjordsdjupet är det inte alltid som den direkta korrelationen mellan matjordsanalys och mätvärdet från EM38 är så hög. Emellertid följer ofta mönstret i skördekartor ungefär samma struktur som konduktivitetskartorna. EM38- kartering används idag för att styra jordprovtagning och ger möjlighet till en indelning av fälten i brukningszoner. EM38-data har en stor potential att utnyttjas som stödvariabel för interpolation av mer sparsamt provtagna korrelerade variabler eller att användas då olika typer av modeller (för t ex tillväxt eller läckage) som behöver information om jordartsförhållanden ska anpassas för användning i precisionsodlingssammanhang. För vissa tillämpningar, som t 26:4

6 ex då man vill anpassa kaliumgödsling till potatis eller vid planering av fältförsök är EM38- mätning ett mycket bra underlag som leder till ökad kännedom om jordens inomfältsvariation så att rätt beslut fattas. I det förstnämnda fallet kan detta resultera i ökad ekonomisk avkastning för potatisodlaren och högre potatiskvalitet för konsumenten och i det andra fallet ger det ökade möjligheter att korrekt tolka försöksresultat. Tillkännagivande Denna redovisning har utformats inom ramen för Precisionsodling Sverige (POS) som är ett samarbetsprojekt som arbetar med projekt syftande till att utveckla tillämpningen av precisionsodlingsteknik i svenskt jordbruk ( Referenser Doerge, T., Kitchen, N.R. & Lund, E.D Soil Electrical Conductivity Mapping. Site- Specific Management Guidelines. Potash & Phosphate Institute, (tillgänglig via Internet: USA Gilbertsson, M Sensorer för att mäta markparametrars variation inom fält. JTI-rapport Lantbruk och industri, s. King, J. A. & Dampney, P. M. R Electro-Magnetic Induction (EMI) for measuring soil properties. Aspects of Applied Biology, 60. Remote Sensing in Agriculture, Lindholm, R. & Karlsson, M Precisionsstyrd kaliumgödsling: Pengar att tjäna för potatisodlare. Grodden, nr 3, 2004, sid 20. McNeill, J.D Rapid accurate mapping of soil salinity by electromagnetic ground conductivity meters. Ur: Advances measurement of soil physical properties: Bringing theory into practice. Spec. publ. 30 SSSA, Madison, WI, USA, Nehmdahl, H. & Greve, M. H Using Soil Electrical Conductivity Measurements For Delineating Management Zones On Highly Variable Soils in Denmark. Ur: Grenier G & Blackmore S (ed.): ECPA Third European Conference on Precision Agriculture (vol. 1). agro Montpellier, s Olsson D., Söderström M. & Nissen K An automated method to locate optimal soil sampling sites using ancillary information. Poster presented at the 4th European conference on Precision Agriculture, 4th ECPA, Berlin, June 15 to 19, 2003 Sudduth, K.A, Drummond, S.T. & Kitchen, N.R Accuracy issues in electromagnetic induction sensing of soil electrical conductivity for precision agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, 31, Söderström, M Systems of soil mapping in precision agriculture. Presented at NJF seminar no. 336 "Implementation of Precision Farming in Practical Agriculture", June 2002 in Skara, Sweden. DIAS report series (from the Danish Institute of Agricultural Sciences). 8 s. Söderström M. & Lindén B Using precision agriculture data for planning field experiments experiences from a research farm in Sweden. To be published in the proceedings of the IAMFE conference 2004, St. Petersburg, Russia. 8 s. 26:5