Rapport 1340.N.09 Duurzaam terreinbeheer

Rapport 1340.N.09 Duurzaam terreinbeheer WP5: sensorgestuurde bemesting van sportvelden

Auteurs:

Dr.ir. D.W. Bussink (NMI) Ing. H. van der Draai (NMI) Ir. R.G. Smits (Agritechnics)

December 2012

© 2012 Wageningen, Nutriënten Management Instituut NMI B.V. Alle rechten voorbehouden. Niets uit de inhoud mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de directie van Nutriënten Management Instituut NMI. Rapporten van NMI dienen in eerste instantie ter informatie van de opdrachtgever. Over uitgebrachte rapporten, of delen daarvan, mag door de opdrachtgever slechts met vermelding van de naam van NMI worden gepubliceerd. Ieder ander gebruik (daaronder begrepen reclame-uitingen en integrale publicatie van uitgebrachte rapporten) is niet toegestaan zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van NMI. Disclaimer Nutriënten Management Instituut NMI stelt zich niet aansprakelijk voor eventuele schadelijke gevolgen voortvloeiend uit het gebruik van door of namens NMI verstrekte onderzoeksresultaten en/of adviezen.

1

Inhoud

pagina

Voorwoord

2

Samenvatting

3

Aanleiding

4

Doel

4

Aanpak ontwikkeling sensorgestuurde bemesting

4

Sensorgestuurde bemesting: uitvoering en resultaten

5

Ontwikkelen en valideren sensor

5

Het ontwikkelde adviesmodel voor N-benutting in de (na)zomer

7

De gerealiseerde besparing op de N-gift

8

Een aangepaste P-advisering

9

Uitspoelingsmetingen

9

Pulsinjectie: uitvoering en resultaten

10

Resultaten: Het prototype

11

Resultaten inzet pulsinjectiemachine

12

Naar de toekomst

13

Literatuur

14

Bijlage: Drainwatermeetresultaten voor N en P op 3 sportveldlocaties, najaar 2011

15

Duurzaam terreinbeheer, WP5: Sensorgestuurde bemesting van sportvelden (NMI, 2012)

2

Voorwoord

Dit onderzoek is uitgevoerd binnen werkpakket 5 van het KRW-project Duurzaam terreinbeheer. Het KRW-project Duurzaam terreinbeheer en waterkwaliteit wordt gefinancierd door het Ministerie van Infrastructuur en Milieu, de provincie Noord Brabant, Waterbedrijf Brabant Water NV, Waterschappen De Dommel, Brabantse Delta, Rivierenland en Peel & Maasvallei. Tevens leveren de deelnemende partners en pilot gemeenten eigen financiële en/of in kind bijdragen.


3

Samenvatting

Doel was van om in het kader van het KRW-project “Duurzaam terrein beheer” een adviessysteem voor sensorgestuurde bemesting van sportvelden te ontwikkelen, te testen en te demonstreren. Daarbij ligt de focus op de nazomer en het najaar. Het streven was om tot 30% besparing op het gebruik van meststoffen en 50% minder emissie van N en P naar oppervlaktewater te realiseren. Daarvoor is gewerkt aan een nauwkeurige manier van vaststellen van de N-behoefte in de nazomer en aan een techniek om kleine hoeveelheden meststof (10-20 kg N per ha) via pulsinjectie toe te dienen op 5-10cm diepte. De resultaten geven aan dat de sensor werkt, maar op dit moment nog onvoldoende nauwkeurig is om het N- en P-gehalte van gras voldoende nauwkeurig te voorspellen. Wel is er een N-adviesmodel nazomer ontwikkeld dat rekening houdt met het N-gehalte gras (nat chemisch bepaald in plaats van met de sensor). Toepassing van dit advies gaf aan dat een besparing op de N-gift in de nazomer van 50% haalbaar is. Op jaarbasis is een besparing van 20-35% haalbaar. Door de zeer natte (na)zomers van 2010 en 2012 zijn er slechts zwakke aanwijzingen verkregen dat scherp bemesten in de zomer leidt tot minder N-uitspoeling in herfst en winter. Er was namelijk al veel uitspoeling opgetreden voordat in de herfst de uitspoelingsmetingen zijn gestart. Opvallend is de vaak hoge uitspoeling van fosfaat. Dit komt vermoedelijk door de hoge P-toestand leidend tot zeer hoge P-gehalten in gras - en het nog laat in het seizoen gebruiken van samengestelde meststoffen. Mede op basis van de gegevens uit dit project is aangepast fosfaatbemestingsadvies afgeleid, waarmee een besparing van >50% op de P-gift wordt gerealiseerd. Als Spin-off komt een nieuw P-advies beschikbaar voor seizoen 2013. Er is een werkend prototype pulsinjectie voor sportvelden gerealiseerd waarmee om de 10 cm vloeibare meststof kan worden toegediend. Na het verhelpen van enkele kinderziektes bleek de techniek goed toepasbaar op sportvelden. Daarbij werd een egaal groene grasmat zonder kleur verschillen verkregen. De doelstelling van lage N-giften (10-20 kg N per ha) kan op dit moment alleen worden gerealiseerd door vloeibare meststoffen sterk te verdunnen. Doorontwikkeling tot een praktijkmachine zal betekenen dat de uitvoering eenvoudiger moet en dat er technische aanpassingen nodig zijn om kleinere giften te kunnen doseren. Samengevat geven de resultaten aan dat een veel beter sturen op de N- en P-bemesting mogelijk is en leiden tot een lagere milieubelasting. Dit is op korte termijn te realiseren door gebruik te maken van nieuwe adviesmodellen in combinatie met aangepaste meststoffen. Op de langere termijn behoort sensorgestuurde bemesting via pulsinjectie tot de mogelijkheden.


4

Aanleiding

Op sportvelden gaat men vaak te lang door met bemesten in de nazomer soms tot en met eind oktober. Eén van de redenen dat dit gebeurd is dat sportveldbeheerders in de nazomer niet goed kunnen inschatten of er voldoende stikstof (en fosfaat en kali) beschikbaar is voor het gewas. Men kiest daarom voor zekerheid en blijft door bemesten. Daar komt bij dat in de nazomer veelal kleine hoeveelheden stikstof nodig zijn van soms maar 10-15 kg N/ha. Deze hoeveelheid is met veel gangbare meststoffen moeilijk toe te dienen. Het gevolg van te hoge giften en te lang door bemesten is meer (onnodige) uitspoeling van stikstof en fosfaat. Bovendien leidt een te hoge bemesting tot een zwakkere grasmat met risico van meer veronkruiding. De kosten voor onderhoud en/of onkruidbeheersing nemen daarmee toe. De praktijk heeft daarom behoefte aan nieuwe technieken waarmee de bemesting verantwoord kan worden afgebouwd en waarmee het mogelijk is om kleine giften te geven om zo én de uitspoeling te verminderen én de kwaliteit van de grasmat te verbeteren.

Dit kan mogelijk via sensorgestuurde bemesting. Het proof of principle van dit concept komt uit de VS. Tegelijk is het daarbij van belang dat kleine giften kunnen worden gedoseerd. Dit vergt een nieuwe doseringstechniek. Pulsinjectie lijkt de techniek te zijn waarmee kleine hoeveelheden meststof zeer nauwkeurig in de grond kunnen worden geïnjecteerd op korte afstand.

Doel

Doel van Nutriënten Management Instituut en Agritechnics is om in het kader van KRW-project “Duurzaam terreinbeheer” een adviessysteem voor sensorgestuurde bemesting van sportvelden te ontwikkelen, te testen en te demonstreren. Daarbij ligt de focus op de nazomer en het najaar. De verwachting is dat dit leidt tot 30% besparing op het gebruik van meststoffen op sportvelden en dat het leidt tot 50% minder emissie naar oppervlaktewater.

Aanpak ontwikkeling sensorgestuurde bemesting Globaal Voor de uitvoering hebben NMI en Agritechnics samengewerkt met de sportveldbeheerders van de gemeenten Eindhoven, Den Bosch, Tiel, Bergen op Zoom, Tilburg, Breda, Uden, Roosendaal en Oss en de waterschappen Rivierenland, Brabantse Delta en Dommel.

In 2010 lag de focus op het ontwikkelen van een ijklijn voor sensorgestuurde bemesting, het ontwikkelen van een aangepast N-advies voor de nazomer en oriënterende uitspoelingsmetingen en het ontwikkelen van een eerste prototype pulsinjectie bemester voor sportvelden. In 2011 lag de focus op het valideren van de sensor, het testen van het prototype N-advies en het meten van het effect hiervan op de N- en Puitspoeling van sportvelden. Tegelijk wordt er zo praktijkervaring opgedaan met het eerste prototype pulsinjectie bemesten door deze in te zetten in combinatie met het prototype N-advies.


5 Detail 2010 Door de grasmat te scannen met een sensor kan informatie worden verkregen over de chemische samenstelling van gras. Daartoe moet de sensor eerst worden gekalibreerd. Op een groot aantal sportvelden van 9 gemeenten zijn van juli tot oktober metingen uitgevoerd. Tegelijk is er een monster genomen van het gras voor chemische analyse. Via complexe statistische technieken kan er een ijklijn voor de minerale samenstelling (N, P en andere nutriënten) van gras worden ontwikkeld. Door de informatie over samenstelling van gras te koppelen met grondeigenschappen en de voorgeschiedenis (bemesting, gebruiksintensiteit, maaibeheer) is te voorspellen hoeveel stikstofnalevering er in de tweede helft van het seizoen plaatsvindt. In combinatie met de behoefte van het gewas en het gemeten Ngehalte van gras wordt een advies ontwikkeld hoeveel bemesting nog nodig is en wanneer er gestopt kan worden met de bemesting. Aan het eind van jaar 1 dient dit te leiden tot een prototype N-advies. Door in het najaar N-min in de bodem en de concentratie aan mineralen in het drainwater (door de waterschappen) te meten wordt informatie verkregen over de uitspoeling van N en P. Verder vindt in jaar 1 de ontwikkeling van een prototype pulsinjectiemachine voor sportvelden plaats. Deze machine moet uiteindelijk vloeibare meststof kunnen injecteren tot een diepte van ongeveer 5 cm.

2011 De ijklijn van de sensor wordt in 2011 gevalideerd. Vervolgens wordt het prototype N-advies op een aantal sportvelden toegepast en vergeleken met aangrenzende sportvelden die het traditionele bemestingsadvies krijgen. De verwachte lage giften met het nieuwe advies worden daarbij gerealiseerd door het toedienen van vloeibare meststoffen via de prototype pulsinjectie machine. Aansluitend wordt op deze sportvelden in het najaar de hoeveelheid N-min en de nutriëntenuitspoeling gemeten. Door deze te vergelijken met die van traditionele beheerde velden in 2011 en 2012 is een indruk te verkrijgen van het milieurendement van aangepaste bemesting. Via deze aanpak wordt beoogd om eind 2011 een prototype systeem beschikbaar te hebben.

2012 Het prototype systeem wordt in 2012 gedemonstreerd.

Sensorgestuurde bemesting: uitvoering en resultaten Ontwikkelen en valideren sensor In 2010 zijn van half juli tot eind oktober de sportvelden ruim 190 keer bezocht om metingen grasscans en grasbemonsteringen uit te voeren. Dit is gedaan door zowel op 10 plekken op het sportveld en 10 plekken op een strook van 10 meter lengte te meten. Daarna is deze strook gemaaid met een handmaaier. Vervolgens zijn in de bak van de handmaaier ook nog scans uitgevoerd op het vers gemaaide gras. Aansluitend is van dit gras een monster genomen voor een nat-chemische analyse om de minerale samenstelling te bepalen.


6

Figuur 1. Het scannen van gras met een handsensor (links), maaien van gras (midden) en subbemonsteren van het gemaaide gras voor een nat-chemische analyse.

De resultaten laten niet alleen zien dat de samenstelling van gras sterk varieert tussen de locaties, maar dat deze ook over het seizoen varieert. De P-gehalten in gras zijn erg hoog, terwijl het N-gehalte licht tot duidelijk hoger is dan de streefwaarde. Boven de streefwaarde is de voorziening van gras met N en P voldoende geweest voor een optimale groei.

Er konden redelijke tot goede verbanden worden ontwikkeld tussen het spectrale signaal en de minerale samenstelling. Voor N en P varieerden die tussen de 0,70 en 0,90 afhankelijk van de meetperiode. Een voorbeeld voor N en P is weergegeven in Figuur 2. De elementen K, Mg en Ca vertoonden een vergelijkbaar goed verband.

De beste kalibratielijnen werden verkregen bij sensor metingen in de opvangbak. De resultaten bij meting direct op het gras waren minder goed, waarschijnlijk is dit het gevolg van een te holle stand van het gras, waardoor niet alleen gras maar ook de bodem gescand wordt.

Tabel 1. De samenstelling van gras op 9 sportveldlocaties van half juli tot eind oktober 2010. Gemeente

P -1

N -1

Aantal

g kg ds

g kg ds

metingen

Bergen op Zoom

5,19

39,6

16

Breda

5,03

40,8

20

Den Bosch

5,61

39,0

24

Eindhoven

5,22

39,0

18

Tiel

5,31

46,4

26

Oss

5,09

39,5

27

Tilburg

5,11

41,5

20

Roosendaal

4,99

40,9

22

Uden

4,83

45,0

18

Gemiddeld

5,17 (5,2)*

41,3 (40,3)*

191 (123)*

Maximum

3,8

56,9

Minimum

6,5

28,2

3,50

35,0

Streefwaarde * De gemiddelde samenstelling in 2011.


7

Figuur 2. Het kalibratieresultaat voor het N- en P-gehalte in gras van sportvelden voor de maanden juli en augustus 2010. De “standard error of cross validation (SECV)” bedroeg respectievelijk 0,834 en 0,730. In 2011 zijn van begin juli tot eind oktober de sportvelden ruim 120 keer bezocht om metingen grasscans en grasbemonsteringen uit te voeren. De ontwikkelde ijklijn uit 2010 is gevalideerd. Daartoe werd met de ijklijn 2010 het grasgehalte van de 120 monsters voorspeld en vergeleken met de natchemische analyse van diezelfde 120 monsters. De ijklijn bleek te onnauwkeurig te zijn om het N- en Pgehalte van gras te voorspellen. Daarop zijn beide datasets samengevoegd, waarbij de gegevens van één sportveldlocatie zijn weggelaten. De gegevens van die sportveldlocatie zijn voor validatie gebruikt. Ook dit leidde tot een te onnauwkeurig validatie resultaat (R2<0,4), ondanks dat samenvoegen van beide datasets redelijke tot goede kalibratie resultaten opleverde (voor N en P een SECV van respectievelijk 0,75 en 0,65). De sensor is daarmee nu nog niet geschikt om in te zetten voor grasmetingen. De oorzaak van een slecht validatieresultaat is waarschijnlijk dat de kalibratie onvoldoende robuust is en dat er een veel grotere dataset nodig is. Anderzijds waren er relatief veel spectra van matige kwaliteit, hetgeen mogelijk te wijten is aan de robuustheid van het prototype meetinstrument. Opschonen van de spectra leidde tot een beter validatie resultaat, maar het is nog steeds onvoldoende om de sensor routinematig in te kunnen zetten.

Conclusie: De sensor is op dit moment nog niet geschikt om het N- en P-gehalte van gras voldoende nauwkeurig te voorspellen.

Het ontwikkelde adviesmodel voor N-benutting in de (na)zomer Om een zomer en nazomeradvies voor stikstof te geven is een model ontwikkeld. Dit model bouwt voort op een N-jaaradviesmodel voor sportvelden (Postma & Bussink, 2008). In het model is het actuele Ngehalte van sportvelden gras (te bepalen met de sensor of nat-chemisch) een maat voor de stikstofvoorziening. In combinatie met de gebruiksvoorgeschiedenis en bodemkengetallen wordt bepaald hoeveel bemesting er nog nodig is en wanneer met de bemesting kan worden gestopt. Bij hoge N-gehalten in gras in juli en augustus vindt een versnelde afbouw van de N-gift plaats ten opzichte van -1

de jaarplanning (Tabel 2). Bij lage N-gehalte (<35 g N kg ds) wordt wat extra gegeven.


8 Tabel 2.Voorbeelden van het N-advies (na)zomer in relatie gebruik, N-jaaradvies en N-gehalte gras. Os

Maai

(%)

Freq.

Jaaradvies -1

(kg N ha )

-1

Gift eind juli (kg N ha ) -1

N-gehalte gras (g kg ds)

-1

Gift op 1 september (kg N ha ) -1

N-gehalte gras (g kg ds)

<40

45

50

<40

45

50

3

40

155

25

20

15

25

20

15

3*

40

125

20

15

10

15

10

0

6

40

130

20

20

15

20

15

10

3

50

110

20

20

15

15

10

10

De gerealiseerde besparing op de N-gift In 2011 is op de 44 sportvelden van de 9 gemeenten op basis van het N-jaaradvies model gemiddeld 121 kg N per ha geadviseerd. In 2010 is op deze velden gemiddeld 153 kg N per ha gegeven. Toepassing van het zomeradviesmodel vanaf juli 2011 kan een besparing opleveren van 5 tot 15 kg per bemesting (Tabel 2). Omdat de bemestingsmachine in de zomer van 2011 nog niet beschikbaar was zijn de aangepaste lage N-bemesting en op een beperkt aantal locaties met korrelstrooiers toegediend (Breda en Uden).

In Breda bedroeg de bemesting in 2010 gemiddeld over 4 sportvelden 164 kg N per ha. Op basis van het N-jaaradvies werd voor 2011 gemiddeld 129 kg N per ha geadviseerd. In juli en augustus is het gras gemonitord en is het N-advies op veld C en D neerwaarts bijgesteld. Veld A en B diende ter vergelijking. Dit leidde tot een jaargift van 109 kg N per ha (Tabel 3). Dit komt overeen met een besparing van ruim 55% na 1 juli en van ruim 20% op jaarbasis. Ten opzichte van 2010 bedraagt de besparing 34%. Eind september varieerde het N-gehalte tussen 35 en 40 g per kg ds op alle vier velden.

Te Uden bedroeg de bemesting in 2010 gemiddeld over 4 sportvelden 187 kg N per ha. Op basis van de grasmonitoring is het N-jaaradvies van 130 kg N per ha op veld B en C neerwaarts bijgesteld. Dit leidde tot een jaargift van 120 kg N per ha. Veld A en D dienden ter vergelijking. Dit komt overeen met een besparing van ruim 60% na 1 juli en op jaarbasis van 30%. Ten opzichte van 2010 bedraagt de besparing 36%. Van half september tot eind oktober varieerde het N-gehalte tussen 35 en 40 g per kg ds bij de 120 kg N-gift en tussen 45 en 50 bij de 172 kg N-gift op jaarbasis.

Tabel 3. De gerealiseerde N-bemesting te Breda en Uden in 2011. Het advies in voorjaar 2011 was respectievelijk 130 kg N per ha. Locatie

veld

april

mei

juni

juli

sep

totaal kg N ha

Breda

-1

N-min okt kg N ha

A

44

7

36

27

22

136

74

Breda

B

45

13

27

27

22

134

20

Breda

C

43

23

27

12

9

113

13

Breda

D

42

15

27

12

9

105

16

Uden

A

48

42

48

34

172

29

Uden

B

48

42

20

10

120

21

Uden

C

48

42

20

10

120

32

Uden

D

48

42

48

34

172

28


-1

9 Conclusie: Een besparing op de N-gift in de nazomer met 50% is haalbaar. Op jaarbasis is een besparing van 20-35% haalbaar.

Een aangepaste P-advisering Het P-gehalte in gras ligt ver boven de streefwaarde. Dit wordt veroorzaakt door de hoge P-1

verzorgingstoestand (gemiddeld bedroeg P-CaCl2 4,1 mg P kg en PAL 43,3 mg P2O5 per 100g) en de relatief hoge P-gift (gemiddeld is in 2010 ruim 50 kg P2O5 per ha gegeven). Deze hoge gift wordt mede veroorzaakt doordat op veel locaties samengestelde meststoffen worden gebruikt. In 2011 is het P-advies aangepast, hetgeen leidde tot een gemiddelde adviesgift van 18 kg P2O5 per ha. Het P-gehalte in gras werd hierdoor niet beïnvloed (zie Tabel 1). Op basis van de verkregen gegevens uit 2010 en 2011 en de resultaten uit een ander project (Bussink et al., 2011b) kon een aangepast advies worden ontwikkeld. Gemiddeld zou dit leiden tot een P-advies van 9 kg P2O5 per ha over de 44 sportvelden. Dit advies komt beschikbaar voor bemestingsseizoen 2013.

Conclusie: Een forse besparing op de P-bemesting (>50%) is realiseerbaar. Als Spin-off komt een nieuw P-advies beschikbaar voor seizoen 2013.

Uitspoelingsmetingen

Een indicatie van de uitspoeling is te verkrijgen via bemonstering van minerale N (N-min) en/of van drainwater (N en P) in het najaar. In 2010 is eind oktober de hoeveelheid N-min in de laag 0 tot 60 cm gemeten. Op alle locaties was deze lager dan 35 kg N per ha (gemiddeld 23). Bij een dergelijke hoeveelheid blijft het nitraatgehalte beneden de 50 mg per liter (11,3 g NO3-N/l). Dit werd bevestigd door een beperkt aantal drainwaterbemonsteringen. Deze zijn in november 2010 gestart op 4 locaties (Tiel, Breda, Roosendaal en Uden) en gestopt in de december door de vroeg invallende winter (Figuur 3). Waarschijnlijk is door het extreem natte weer tussen half juli en half november (>400 mm, op de locatie Oss zelfs 500 mm) de N al uitgespoeld voordat de metingen startten. Het ortho-P- en het P-totaalgehalte varieerden sterk in het drainwater, respectievelijk van 0,01 tot 0,9 mg P/l en van 0,03 tot 1,2 mg P/l. In 2011 is half oktober de hoeveelheid minerale N in de laag 0 tot 60 cm gemeten. Op vrijwel alle locaties was deze lager dan 35 kg N per ha (gemiddeld 26). Op de locaties Breda en Uden zijn ook geen verschillen N-min (Tabel 3) aangetroffen ondanks het verschil in bemesting. Alleen locatie A te Breda liet een hoge N-min waarde zien. De oorzaak hiervan is dat de N al dieper zit dan 60 cm vanwege het zeer natte weer in de zomer 2011 (gemiddeld 350 mm over de maanden juni, juli en augustus).


10

Figuur 3. Vrij gelegd drainuiteinde (te Uden) begin december 2010.

In 2011 zijn de drainwatermetingen geïntensiveerd. Echter door het droge najaar (in het bijzonder november) waren de drains maar op een beperkt aantal tijdstippen ook daadwerkelijk bemonsterbaar (watervoerend) tussen eind september en half januari. Een overzicht is gegeven in Tabel 4 (zie ook Bijlage 1). De meetpunten zijn niet aan een enkel sportveld toewijsbaar, omdat drains onder meerdere velden doorlopen. Voor Uden is er een aanwijzing dat een lagere N-bemesting in de nazomer leidt tot een lagere N-uitspoeling (Uden, punt 1). Ortho-P en totaal-P zijn hoog te Haaren (gemeente Oss) en overschrijden normwaarden. Op de andere locaties ligt de ortho-P op een acceptabel niveau. P-totaal overschrijdt echter normwaarden (Klein et al., 2012). De hoogste waarden zijn gemeten te Haaren. Mogelijk is dit vooral het gevolg van het in de nazomer toedienen van een P-houdende meststof. Te -1

Breda en Haaren was de hoeveelheid gemakkelijk beschikbaar P met 1,5 mg P kg in de bodem -1

ongeveer gelijk. Te Uden bedroeg deze 3,5 mg P kg . Tabel 4. Drainwatermeetresultaten voor N en P op 3 locaties van eind september tot half januari (2012). Aantal

NH4-N -1

NO3-N -1

N-totaal -1

PO4-P -1

Totaal P -1

waarnemingen

mg N l

mg N l

mg N l

mg P l

mg P l

Breda punt 1

3

0,10

1,73

4,13

0,05

0,35

Breda, punt 2

3

0,10

1,90

3,80

0,12

0,23

Haaren, punt 1

4

1,97

1,85

5,55

0,67

0,90

Haaren, punt 2

4

1,52

2,03

4,95

0,36

0,68

Uden, punt 1

5

1,38

3,78

13,75

0,13

0,45

Uden, punt 2

5

0,39

14,12

17,71

0,06

0,35

Conclusie: Er zijn slechts zwakke aanwijzingen dat scherp bemesten in de zomer leidt tot minder Nuitspoeling. Door de natte (na)zomers van 2010 en 2011 is er al veel uitspoeling geweest voordat de metingen zijn gestart.

Pulsinjectie: uitvoering en resultaten Ontwerpcriteria prototype Met de komst van deze kerntechnologie, genaamd “Pulstec technologie” is het mogelijk om vloeibare meststoffen als depotbemesting direct in de wortelzone aan te brengen (foto enkele lans). In dit project


11 is gewerkt aan het ontwikkelen van een prototype pulsinjectie machine die ingezet kan worden op sportvelden. De uitdaging van het doorlopen ontwikkelingstraject was gelegen in: 

het realiseren van een bemestingsmethode als “ gecontroleerd proces “.



het vervaardigen van vloeistofinjecteurs die in het gebruik met vloeibare meststoffen: o

betrouwbaar blijken en een groot doseerbereik hebben;

o

in staat zijn om te werken met rijsnelheden die in de praktijk gangbaar zijn;

o

de ontwikkeling van een hogedrukpompsysteem met continu variabele opbrengst;

o

als modulair concept kunnen worden vormgegeven; en

o

inzicht te krijgen in voorzieningen die essentieel zijn voor een optimaal gebruiksgemak.

Vooronderzoek heeft uitgewezen dat een pulsinjectie om de 10 cm (1 miljoen injecties per ha) nodig is voor een “homogene” grasontwikkeling zonder verschillen in groei door een ongelijke matige bemesting. Bij een te grote afstand bestaat er namelijk een groot risico op groeiverschillen en gewasverbranding vooral onder droge omstandigheden (Figuur 4).

Figuur 4. Een voorbeeldresultaat van toedienen van vloeibare meststoffen met een spaakwielinjecteur om de 15 cm onder droge omstandigheden (Eindhoven juni 2011).

Op basis van bovenstaande criteria is een prototype ontworpen en gebouwd als onderzoeksmachine om vast te stellen: 

Hoe reageren grassen op sportvelden op pulsinjectie;



Wat is de minimale meststofdosering die op deze wijze per ha egaal kan worden verdeeld; en



Wat is de betrouwbaarheid van de installatie als geheel en de injecteurs in het bijzonder.

Resultaten: Het prototype Het ontwikkelde prototype betreft een onderzoeksmachine met een werkbreedte van 2,40 m en een maximale rijsnelheid van 6 km. De maximumcapaciteit bedraagt 1,4 ha per uur (theoretisch zonder wenden en keren). Op de onderzoeksmachine zijn 12 injecteurs geplaatst, waarbij elke injecteur vier injectiesproeiers bediend. In totaal dus 48 injecterende sproeiers. De injecteurs bevinden zich tussen twee rollen om oneffenheden op het grasveld glad te strijken, de afstand tot de grond zoveel mogelijk stabiel te houden en als dragers van de gehele machine. De meststof kan met een druk van 50 tot 100 bar worden geïnjecteerd (zie Figuur 5). Daartoe is in het prototype een separate dieselmotor aanwezig


12 om dit trekker onafhankelijk te regelen. Op de machine is een vat voor vloeibare meststof een watervat aanwezig om de meststof te verdunnen om zo de gewenste N-gift per ha te kunnen geven.

Resultaten inzet pulsinjectiemachine Door de complexiteit van het ontwikkelproces is een eerste prototype pas in 2012 in plaats van 2011 beschikbaar gekomen en kon de machine daardoor niet worden ingezet in de uitspoelingsproeven in 2011. In 2012 is het prototype 3 keer ingezet te Breda en 2 keer te Tiel. Na de eerste toediening te Tiel bleek dat voor een goede toediening 350-400 liter vloeistof nodig was. Om ongeveer 25 kg N per ha toe te diende de gebruikte vloeibare meststof 4 tot 5 keer verdund te worden.

Figuur 5. Demo van de pulsinjectie machine te Breda op 23 mei 2012.

Tabel 5. De toegediende hoeveelheid meststof en water. Liters

Water

meststof*

Verdunnings-

Oppervlak

Gift

factor

ha

kg N ha

Volume -1

per ha

Breda 23 mei

50

70

2,4

0,6

24,4

200

19 juli

50

190

4,8

0,6

24,4

400

13 sep

50

160

4,2

0,64

24,4

328

42

168

5

0,6

20,5

350

4,8

0,55

24,4

436

Tiel 5 juni

29 aug 50 190 -3 * 24-0-0 (dichtheid 1,22 kg m )

De machine had enkele kinderziektes, overlappende injectoren en corrosie. De geïnjecteerde meststof raakt onvermijdelijk bladmassa. Dit kan tot bladverbranding leiden en dat is tijdens de eerste applicatieronde in Tiel ook opgetreden (Figuur 6). Onderzoek leidde tot de vondst van de oorzaak, te Duurzaam terreinbeheer, WP5: Sensorgestuurde bemesting van sportvelden (NMI, 2012)

13 weten de opstelling van de sproeiers waardoor onder bepaalde omstandigheden de injectiebanen over elkaar kwamen te liggen. Na aanpassing van de configuratie is dit verschijnsel bij vergelijkbare omstandigheden niet meer waargenomen.

Vloeibare meststoffen werken corrosief op metalen. Een uitzondering vormt roestvast staal in bepaalde legeringen en de vloeistofvoerende componenten zijn dan ook waar mogelijk uit deze materialen samengesteld. Een uitzondering vormen enkele componenten in de injecteurs die over magnetische eigenschappen beschikken. Deze componenten bleken te corroderen onder invloed van de gebruikte meststof 24-0-0.

Figuur 6. Het resultaat van pulsinjectie enkele dagen na de toediening van 5 juni 2012 te Tiel als gevolg van overlappende injectoren.

In het kader van een doorontwikkeling van de Pulstec injecteurs wordt voorzien in een adequate oplossing van dit probleem. Deze problemen zijn nu verholpen door na elke bemesting de injectoren te spoelen. Tijdens de andere 3 toedieningstijdstippen heeft de machine goed gewerkt en leverde het een egaal groene stevige grasmat zonder bemestingspatronen.

Naar de toekomst In de huidige uitvoering van de machine is het niet mogelijk om 10 kg N per ha toe te dienen. Dan zou de gebruikte mest namelijk met een factor 16 moeten worden verdund. Aangetoond is dat het principe werkt. Om in de nabije toekomst te komen tot een praktijkmachine zullen de navolgende aanpassingen nodig zijn: 

een groter doseerbereik met één en dezelfde sproeier, zodat uiteindelijk ongeveer 200 liter vloeistof per ha nodig is;



de tank met water en meststof van 1000 liter meststof in de hefinrichting achter op de tractor;



doseerinstallatie pulsinjectie in de hefinrichting voor op de tractor in werkbreedtes van 2,40 meter 3 meter- en 9 meter;



te bereiken rijsnelheden standaard 6 km. /uur max. ( met extra doseerventielen tot max. 12 km / uur);



een geïntegreerde sproeierreiniging; en



een aftakas aangedreven doseerunit.


14 Bij een gift van 10 kg N per ha moest de meststof dan 8 keer verdund te worden. Bij een gift van 40 kg N per ha is verdunning met een factor 2 nodig indien 24-0-0 gebruikt zou worden. Bij meststof met een lager percentage N kan de verdunningsfactor verder omlaag. Een praktijkmachine die aan bovenstaande aanpassingen voldoet zal qua prijs naar verwachting vergelijkbaar zijn met spaakwielinjectie.

Conclusie: Er is een werkend prototype machine voor pulsinjectie voor sportvelden. De doelstelling van lage N-giften kan op dit moment alleen worden gerealiseerd door vloeibare meststoffen sterk te verdunnen. Doorontwikkeling tot een praktijkmachine zal betekenen dat de uitvoering eenvoudiger moet en dat er technische aanpassingen nodig zijn om kleinere giften te kunnen doseren in combinatie met een verdunningsunit op de praktijkmachine.

Literatuur Postma R & Bussink DW (2007). Naar een richtlijn voor de N- en P-bemesting van sportvelden met minimale uitspoeling. Deel 1: literatuurstudie, Branchevereniging Sport en Cultuurtechniek, Rijen. Klein J, Rozemeijer J, Broers HP, van der Grift B (2012). Meetnet Nutriënten Landbouw Specifiek Oppervlaktewater. Deelrapport B: Toestand en trends. Deltares rapport 1202337-000.


15

Bijlage: Drainwatermeetresultaten voor N en P op 3 sportveldlocaties, najaar 2011 Locatie Breda: van december tot half januari (2012). Locatie

Datum monster

NH4-N mg N l

-1

NO3-N mg N l

-1

N-totaal mg N l

-1

PO4-P mg P l

-1

Totaal P mg P l

Breda Jeka

24-okt

Oost

7-dec

<0,1

2,1

5,9

0,02

0,66

14-dec

<0,1

1,7

3,1

0,07

0,14

22-dec

<0,1

1,4

3,4

0,06

0,25

0,9

2,3

0,08

0,25

0,10

1,73

4,13

0,05

0,35

<0,1

1,9

3,8

0,12

0,23

<0,1

1,5

3,4

0,1

0,42

0,10

1,90

3,80

0,12

0,23

-1

30-dec 6-jan 16-jan Breda Jeka

24-okt

West

7-dec 14-dec 22-dec 30-dec 6-jan 16-jan

Locatie Haaren en Uden: van eind september tot begin januari (2012). Locatie

Datum monster

Haren 1

Haren 2

Uden 1

Uden 2

NH4-N mg N l

-1

NO3-N mg N l

-1

N-totaal mg N l

-1

PO4-P mg P l

-1

Totaal P mg P l

23-sep

6,6

0,05

8,5

1,4

1,8

21-okt

1,2

0,05

3,4

0,57

0,87

16-dec

0,049

2,3

4

0,43

0,59

6-jan

0,04

5

6,3

0,29

0,35

1,97

1,85

5,55

0,67

0,90

0,11

0,25

23-sep

0,45

0,46

1,9

21-okt

5,2

0,05

7,2

1

1,9

16-dec

0,14

4,9

6,6

0,17

0,34

6-jan

0,3

2,7

4,1

0,16

0,22

4,95

0,36

0,68

1,52

2,03

21-okt

2,1

0,51

26

0,03

16-dec

0,51

8,8

10,3

0,01

0,22

6-jan

0,48

0,45

2,2

0,01

0,23

1,38

3,78

13,75

0,13

0,45

14-okt

0,04

21

21,9

0,01

0,06

21-okt

0,14

19

21,8

0,01

0,39

9-dec

0,36

1,8

5,5

0,12

0,75

16-dec

0,04

25

25,6

0,01

0,08

6-jan

0,04

24

25,5

0,01

0,07

0,39

14,12

17,71

0,06

0,35

-1


Rapport 1340.N.09 Duurzaam terreinbeheer

Recommend Documents