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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 11 / Ökologische Agrarwissenschaften  → Boden- und Pflanzenbauwissenschaften  → Fachgebiet Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe  → Dissertationen 

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http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2009042927111

Titel: Hyperspectral field measurements to determine dry matter yield and nutritive value of legume-grass swards
Autor(en): Biewer, Sonja
Schlagworte (SWD): HülsenfrüchtlerGräserGemenge <Pflanzenbau>ErtragsbildungSpektroskopieFeldversuch
Klassifikation (DDC): 630 - Landwirtschaft, Veterinärmedizin (Agriculture)
Erscheinungsdatum: 29-Apr-2009
Zusammenfassung: Summary: Productivity, botanical composition and forage quality of legume-grass swards are important factors for successful arable farming in both organic and conventional farming systems. As these attributes can vary considerably within a field, a non-destructive method of detection while doing other tasks would facilitate a more targeted management of crops, forage and nutrients in the soil-plant-animal system. This study was undertaken to explore the potential of field spectral measurements for a non destructive prediction of dry matter (DM) yield, legume proportion in the sward, metabolizable energy (ME), ash content, crude protein (CP) and acid detergent fiber (ADF) of legume-grass mixtures. Two experiments were conducted in a greenhouse under controlled conditions which allowed collecting spectral measurements which were free from interferences such as wind, passing clouds and changing angles of solar irradiation. In a second step this initial investigation was evaluated in the field by a two year experiment with the same legume-grass swards. Several techniques for analysis of the hyperspectral data set were examined in this study: four vegetation indices (VIs): simple ratio (SR), normalized difference vegetation index (NDVI), enhanced vegetation index (EVI) and red edge position (REP), two-waveband reflectance ratios, modified partial least squares (MPLS) regression and stepwise multiple linear regression (SMLR). The results showed the potential of field spectroscopy and proved its usefulness for the prediction of DM yield, ash content and CP across a wide range of legume proportion and growth stage. In all investigations prediction accuracy of DM yield, ash content and CP could be improved by legume-specific calibrations which included mixtures and pure swards of perennial ryegrass and of the respective legume species. The comparison between the greenhouse and the field experiments showed that the interaction between spectral reflectance and weather conditions as well as incidence angle of light interfered with an accurate determination of DM yield. Further research is hence needed to improve the validity of spectral measurements in the field. Furthermore, the developed models should be tested on varying sites and vegetation periods to enhance the robustness and portability of the models to other environmental conditions.Zusammenfassung: Sowohl in der ökologischen als auch in der konventionellen Landwirtschaft sind Produktivität, Bestandszusammensetzung und Futterqualität von Leguminosengras-Beständen wichtige Voraussetzungen für einen erfolgreichen Feldfutterbau. Diese Parameter können jedoch innerhalb eines Feldes beachtlichen Schwankungen unterworfen sein, so dass eine nicht destruktive Erfassung von Produktivität, Bestandszusammensetzung und Futterqualität während der Feldarbeit ein verbessertes Management der Leguminosengras-Bestände, der Fütterung sowie der Düngung ermöglichen würde. Die vorliegende Untersuchung evaluiert das Potenzial feldspektroskopischer Messungen für die Erfassung des Trockenmasseertrags (TM-Ertrags), des Leguminosenanteils in den Pflanzenbeständen, der metabolisierbaren Energie (ME), des Aschegehalts, des Rohproteins (RP) und des Acid Detergent Fibre (ADF) von Leguminosengras-Beständen. Dafür wurden zwei Gewächshausversuche durchgeführt, die es ermöglichten, die spektroskopischen Messungen unter kontrollierten Bedingungen durchzuführen: frei von Störungen durch Wind, vorbeiziehende Wolken und sich ändernde Winkel der Sonneneinstrahlung. Des Weiteren wurde ein zweijähriger Freilandversuch mit den gleichen Leguminosengras-Beständen durchgeführt, um den Einsatz feldspektroskopischer Messungen unter Praxisbedingungen zu prüfen. Verschiedene Methoden zur Auswertung der hyperspektralen Datensätze wurden untersucht: vier Vegetationsindizes: Simple Ratio (SR), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Enhanced Vegetation Index (EVI) und Red Edge Position (REP), die Entwicklung von Reflexionsquotienten aus den Messwerten zweier Wellenlängenbereiche, Modified Partial Least Squares (MPLS) Regression und Stepwise Multiple Linear Regression (SMLR). Die vorliegende Untersuchung bestätigt die Eignung feldspektroskopischer Messungen für die Bestimmung des TM-Ertrags, des Aschegehalts und des Rohproteins. Die Schätzgenauigkeit dieser Parameter konnte in allen Untersuchungen durch leguminosen-spezifische Kalibrationen verbessert werden. Der Vergleich zwischen Gewächshaus- und Freilandversuch zeigt, dass Änderungen der Witterung sowie des Sonneneinstrahlungswinkels die genaue Bestimmung des TM-Ertrags erschwerten. Weitere Untersuchungen sind nötig, um die Güte spektraler Messungen im Feld zu verbessern. Darüber hinaus wäre es sinnvoll, die Robustheit und Übertragbarkeit der Modelle auf andere Umweltbedingungen zu prüfen und gegebenenfalls in unterschiedlichen Gegenden und Vegetationsperioden weiter zu entwickeln.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2009042927111
Sammlung(en):Dissertationen

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