IM FELD Validierung der On-Mähdrescher NIR-Spektroskopie für die Analyse von Weizenkörnern

Genauigkeitsbewertung unter realen Erntebedingungen

Die Charakterisierung der Getreidequalität bei der Ernte stützt sich traditionell auf diskrete Probenahmen und anschließende Laboranalysen. Dieser Ansatz liefert zwar genaue Messungen auf der Ebene der Proben, erfasst aber nicht die räumliche Variabilität, die die meisten landwirtschaftlichen Felder kennzeichnet. Infolgedessen repräsentieren die resultierenden Daten oft einen Durchschnittswert und nicht die wahre Heterogenität der geernteten Pflanzen.

In diesem Zusammenhang stellt die direkt in Landmaschinen integrierte Nahinfrarotspektroskopie(NIR) einen Paradigmenwechsel dar. Indem sie eine kontinuierliche Echtzeit-Analyse des Getreideflusses ermöglichen, bieten NIR-Systeme auf Mähdreschern eine viel höhere Datendichte und eine repräsentativere Beschreibung der Variabilität des Feldes.

Diese Studie zielt darauf ab, die Leistung des EVONIR-Systems unter realen Erntebedingungen zu validieren, indem in-LINIE Messungen mit Referenz-Laboranalysen verglichen werden.

Materialien und Methoden

Der Feldtest wurde im Juli 2022 in Norddeutschland an einer Weizenernte durchgeführt, die mit einem New Holland CR8.90 Mähdrescher geerntet wurde. Der EVONIR-Sensor wurde auf dem Getreidesilo installiert und ermöglichte die direkte Analyse des gesamten Getreideflusses während der Ernte. EVONIR war über ISOBUS mit dem VT des Mähdreschers verbunden.

Die Datenerfassung erfolgte kontinuierlich während des gesamten Erntevorgangs und ergab insgesamt 1.190 NIR-Datenpunkte. Parallel dazu wurden 23 Getreideproben manuell an georeferenzierten Positionen auf dem Feld gesammelt und von einem akkreditierten Labor (LUFA) analysiert, das als Referenzmethode diente.

Zu den in dieser Studie bewerteten Parametern gehörten Trockenmasse (DM), Rohprotein (CP), Asche und Rohfett (CF). Für jeden Probenahmepunkt wurden die NIR-Messungen über das entsprechende räumliche Fenster aggregiert und mit den Laborergebnissen verglichen, um die Abweichung zwischen den beiden Methoden zu quantifizieren.

Ergebnisse aus der Box

Die kontinuierlichen Messungen, die mit dem EVONIR-System durchgeführt wurden, zeigen deutlich, dass es innerhalb des Feldes erhebliche Schwankungen gibt. Parameter wie Feuchtigkeit und Proteingehalt wiesen deutliche Schwankungen entlang des Erntepfads auf, was bestätigt, dass die Kornqualität innerhalb des Feldes nicht gleichmäßig verteilt ist.

Diese Variationen, die auf einer räumlichen Ebene auftreten, die viel kleiner ist als das typische Stichprobenraster, können mit herkömmlichen Stichprobenverfahren nicht angemessen erfasst werden. Infolgedessen liefert der vom NIR-System erzeugte Datensatz eine viel reichhaltigere und detailliertere Beschreibung der geernteten Pflanzen.

Beim Vergleich der NIR-Messungen mit den Laborergebnissen unter Verwendung der Standard-Werkskalibrierung ergaben sich durchschnittliche Abweichungen von -0,63 für die Trockenmasse, -0,88 für das Rohprotein, -0,75 für die Asche und +0,79 für das Rohfett. Diese Werte deuten auf eine relativ geringe Abweichung bei allen Parametern hin, insbesondere wenn man bedenkt, dass zu diesem Zeitpunkt noch keine feldspezifische Kalibrierung durchgeführt wurde.

Tabelle fortsetzen: Durchschnittliche Abweichung zwischen Labor und EVONIR mit Dinamica Generale Standardkalibrierung, nicht angepasst, Vergleich der Ergebnisse mit einem LAB.

Ergebnisse nach der Kalibrierung

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die On-Combine-NIR-Spektroskopie ein Genauigkeitsniveau erreichen kann, das selbst bei Verwendung eines allgemeinen Kalibrierungsmodells vollständig mit der operativen Entscheidungsfindung vereinbar ist. Die beobachteten Abweichungen entsprechen den typischen Erwartungen für spektroskopische Inline-Messungen und können durch lokale Kalibrierungsanpassungen weiter reduziert werden.

Nach der Anwendung eines Feinabstimmungsverfahrens, das auf einer begrenzten Anzahl von Laborproben basierte, verbesserte sich der Abstand zwischen NIR- und Labordaten erheblich, was die Wirksamkeit der Kombination von globalen Kalibrierungsmodellen mit lokaler Verfeinerung bestätigt.

Tabelle fortsetzen: Durchschnittliche Abweichung zwischen LAB und EVONIR nach der Feinabstimmung

Abgesehen von den Überlegungen zur Genauigkeit liegt das wichtigste Ergebnis dieser Studie in der Fähigkeit des NIR-Systems, die wahre Variabilität des Feldes zu erfassen. Während die Laboranalyse präzise, aber spärliche Informationen liefert, ermöglicht die kontinuierliche Natur der NIR-Messungen die Erstellung von hochauflösenden Qualitätskarten, die direkt für agronomische und logistische Entscheidungen genutzt werden können.

Aus agronomischer Sicht ermöglicht dies ein präziseres Verständnis der Stickstoffverteilung und der Proteinvariabilität und unterstützt damit variable Düngestrategien in den folgenden Saisons. Aus logistischer Sicht ermöglicht die Echtzeit-Qualitätsüberwachung den Betreibern, Getreideströme auf der Grundlage bestimmter Qualitätsschwellenwerte zu trennen, die Lagerung zu optimieren und den wirtschaftlichen Wert zu maximieren.

Fazit

Diese Feldvalidierung bestätigt, dass das EVONIR-System in der Lage ist, zuverlässige und konsistente Messungen der Getreidequalität direkt während der Ernte zu liefern. Selbst mit einer Standardkalibrierung zeigt das System eine gute Übereinstimmung mit den Labordaten, die durch minimale Kalibrierungsanpassungen weiter verbessert werden kann.

Noch wichtiger ist, dass die Studie den grundlegenden Vorteil einer kontinuierlichen Messung gegenüber einer diskreten Probenahme hervorhebt. Durch die Analyse des gesamten Getreidestroms anstelle von isolierten Proben liefern Mähdrescher-NIR-Systeme eine genauere und umfassendere Darstellung der Feldbedingungen.