Article in yearbook 2021

Seeding Technology Seeding Technology

Abstract:

Current global political developments highlight the central importance of plant production for human nutrition. Sowing as an important sub-process is currently being intensively included in the optimization of plant production as an overall system. New drive concepts such as Nexat or autonomous drive units open up practical perspectives for integration into integrated machine systems for sowing technology. Seed drills and precision seed drills are given new opportunities to apply seeds, fertilizers and chemical agents in different combinations and spatial allocations at the same time. The precision sowing of grain is getting further impetus from current developments. Improvements in the details of central assemblies such as singulation and depth control systems represent important innovations in sowing technology.

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Long version

Einleitung

Die Aussaat ist ein wesentlicher Teilprozess der Pflanzenproduktion. Vielen aktuellen Entwicklungen im Bereich Sätechnik liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine ökonomisch und ökologisch zukunftsfähige Pflanzenproduktion nur ganzheitlich optimiert werden kann. Der mit der Goldmedaille beim DLG Innovation Award AGRITECHNICA 2022 ausgezeichnete Nexat‑Systemtraktor realisiert Einzelkornsaat mit der CTF-Technologie. Mehrere Sätechnikhersteller präsentierten erstmals flexibel einsetzbare autonome Antriebseinheiten. Sie dokumentieren damit ebenso wie die Erfinder des Nexat eine Strategie, Technik anzubieten, die möglichst viele Teilprozesse der Pflanzenproduktion ökonomisch und ökologisch sinnvoll durchführen kann.

Weitere Entwicklungen ermöglichen dem Landwirt, flexibel auf Klimaveränderungen und geänderte politische Rahmenbedingungen zu reagieren. Beispiele hierfür sind die Weiterentwicklung der Einzelkornsaat von Getreide oder neue Möglichkeiten der gleichzeitigen Ausbringung von Saatgut und Dünger.

Neue Antriebskonzepte

Nexat stellte ein neuartiges Wide-Span-Wechselträgerfahrzeug mit bis zu 24 m Arbeitsbreite vor, das über wechselbare Werkzeugmodule alle Arbeiten der Pflanzenproduktion von der Bodenbearbeitung bis zum Mähdrusch ausführen kann [1]. Die Werkzeugmodule werden von spezialisierten Partnerfirmen entwickelt. Väderstad ist Partner für Bodenbearbeitung und Saat [2]. Bisher realisierten die Projektpartner die Einzelkornsaat, wobei Säeinheiten der Tempo-Maschinen zum Einsatz kommen, Bild 1.

Bild 1: Nexat mit Tempo Einzelkornsämaschine [1]

Figure 1: Nexat with Tempo planter units [1]

 

Der Sätechnikspezialist Horsch arbeitet an Zukunftskonzepten auch im Bereich autonomer Antriebe für Sämaschinen. Bild 2 zeigt den Prototypen einer autonomen Zugmaschine mit Raupenlaufwerken bei der Arbeit in Kombination mit einer 24reihigen Maestro während der Maisaussaat 2021. Die Firmen Lemken und Krone stellen ein vergleichbares Konzept vor, das das TIM-Konzept (Tractor Implement Management) konsequent umsetzt und sowohl zum Drillen als auch zur Einzelkornsaat einsetzbar ist [3].

Bild 2: Autonome Zugmaschine von HORSCH bei der Maisaussaat mit 24 Reihen [4]

Figure 2: Autonomous tractor from HORSCH sowing maize with 24 rows [4]

Drillsaat

Mehrere Saatgüter und/oder Dünger gleichzeitig präzise und in verschiedenen Kombinationen auszubringen – dieses Ziel hat bei vielen Herstellern hohe Priorität [5 - 7]. Eine Ursache dafür ist der Green Deal, der in Europa den Einsatz von Düngemitteln stärker reglementiert und Umweltaspekte fokussiert. Ein weiterer Treiber sind die stark steigenden Düngemittelpreise.

Lemken stellt für die Drillmaschine Solitair 9+ eine Version mit geteiltem Saatgutbehälter vor. Der Saatgutbehälter der Solitair 9+ Duo fasst 1.850 Liter und lässt sich im Verhältnis 50/50 oder 60/40 aufteilen. Die gleichzeitige Ausbringung von Saatgut, Dünger oder auch Zwischensaaten ist mittels Single-Shoot oder Double-Shoot-System möglich [5]. Ein ähnliches System ist in [8] beschrieben und wurde im Jahr 2021 auch von Pöttinger auf den Markt gebracht [9].

In der Single-Shoot-Ausführung werden die mit jeweils zwei elektrischen Dosiereinheiten getrennt dosierten Komponenten vor der Steigleitung zum Verteiler zusammengeführt und in einer Saatfurche abgelegt. Diese Technologie eignet sich bei der Winteraussaat zur Düngerstartgabe oder bei Sommerungen für eine vollständige Düngung gleichzeitig mit der Aussaat.

Das Double-Shoot-System ermöglicht weitere Ablagemöglichkeiten, da die beiden Komponenten über jeweils separate Verteiler getrennt zu den Doppelscheibenscharen gefördert werden. Die Ausbringung ist ähnlich dem Single-Shoot-Verfahren in einer Reihe, aber mit getrenntem Abgabeort im Säschar möglich. Alternativ kann getrennt und wechselweise in zwei Saatreihen ausgebracht werden, Bild 3. Die Umstellung geschieht durch den Tausch der Fahrgassenpatrone im Verteiler. Zusätzlich sind unterschiedliche Ablagetiefen bis zu einer Differenz von 5 cm an jedem Säschar individuell über die Andruckrolle einstellbar. Daraus ergeben sich Möglichkeiten der gleichzeitigen Zwischenreihendüngung oder der Ablage zweier unterschiedlicher Saatgüter in der jeweils optimalen Tiefe.

Bild 3: Double-Shoot-System bei der Lemken Solitair 9+: getrennte Ablage in einem Säschar (links); getrennte Ablage in getrennten Säscharen (rechts) [5]

Figure 3: Double-shoot system on the Lemken Solitair 9+: separate placement in one seed coulter (left); separate placement in separate seed coulters (right) [5]

 

Väderstad bietet für das Double-Shoot Verfahren eine zusätzliche Differenzierungsmöglichkeit. Der Dünger kann in 5 cm breiten Bändern mit 12,5 cm Reihenweite oder mit aggressiven Düngerscheibenscharen mit 25 cm Reihenabstand zwischen die Säreihen platziert werden. Letztere Möglichkeit ist besonders für trockene Aussaatbedingungen geeignet [7].

Väderstad entwickelte eine Universaleinzelkornsämaschine, die neben Mais, Bohnen und Zuckerrüben auch Getreide mit einer Saatkornvereinzelung säen kann, Bild 4 [10]. Die Säeinheiten sind einzeln mit Parallelogrammen in der Tiefe geführt und mit einem großen Scharschritt auf zwei Säschienen angeordnet. Die Reihenweiten betragen 22,5 oder 25 cm, durch Ausheben einzelner Säeinheiten ergeben sich die doppelten oder dreifachen Werte z. B. für die Aussaat von Zuckerrüben oder Mais. Vor jeder Säreihe ist eine einzeln aufgehängte, hydraulisch belastbare Druckrolle montiert. Die Hydraulikzylinder dieser Druckrollen sind über ein gemeinsames Ölreservoir verbunden, sodass der Bodendruck jeder Druckrolle auch in unebenem Gelände annähernd konstant bleibt [11].

Bild 4: Väderstad Proceed [10]

Figure 4: Vaderstad Proceed [10]

Angebaute klappbare Säkombinationen bestehend aus Kreiselegge und Säschiene müssen bei Transportfahrten auf öffentlichen Straßen zur Einhaltung rechtlicher Vorschriften für maximale Achslasten in Deutschland mit einem Zusatzfahrwerk ausgerüstet sein. Lemken stellte für die Säkombination aus Frontbehälter Solitair 23+, Kreiselegge Zirkon 12 und Säschiene Optidisc 25 ein solches Zusatzfahrwerk vor, dessen Stützräder die Hinterachse des Traktors um bis zu 3,5 Tonnen entlasten. Zum Umbauen von Transport- in Arbeitsstellung lässt sich das System mit wenigen Handgriffen ver- und entriegeln. Der Koppelvorgang erfolgt direkt vom Traktor aus [5].

Müller-Elektronik entwickelt einen Blockage-Sensor für die Anwendung in Säleitungen pneumatischer Drillmaschinen [12]. Der Sensor arbeitet nach dem piezoelektrischen Messprinzip und erkennt nach Herstellerangaben auch Verstopfungen der Säleitungen bei feinen Saatgütern sowie granulierten Düngersorten wie NPK; Entec 26 oder Microgran P. Bei internen Tests mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 10 km/h und einer Aussaatmenge von 150 kg/ha Winterweizen zeigte der Sensor Verstopfungen binnen einer Sekunde an. Aktuell laufen Tests mit Raps. Die Kommunikation des Sensors erfolgt über CAN mit der ECU der Sämaschine. Der Hersteller plant die Weiterentwicklung dieser Kommunikation bis zur vollen Integration der Sensordaten in den ISOBUS.

Einzelkornsaat

Horsch entwickelte für die Maestro - Baureihe zwei annähernd baugleiche Vereinzelungssysteme, die unter der Bezeichnung AirVac (Vakuum-System Maestro V) und AirSpeed (Überdruck-/Schusssystem Maestro X) angeboten werden, Bild 5 [13]. Man hat diese „Doppelstrategie“ gewählt, um den Kunden die Stärken beider Vereinzelungssysteme anzubieten.

 

Bild 5: AirSpeed- Vereinzelungssystem mit Überdruck-/Schussystem (links); AirVac-Vereinzelungssystem mit Vakuum-System (rechts) [14]

Figure 5: AirSpeed singulation system with overpressure/shot system (left); AirVac singulation system with vacuum system (right) [14]

Vakuum-Systeme erreichen bei ca. 12 km/h Arbeitsgeschwindigkeit systembedingt die Grenze einer guten Ablagegenauigkeit. Demgegenüber erzielen Überdrucksysteme bei Geschwindigkeiten bis 20 km/h gute und sehr gute Ergebnisse. Hier bildet die Bodenfeuchte die Einsatzgrenze, da diese Systeme auf eine korrekt funktionierende Fangrolle angewiesen sind. Saatgutsorten von Sonnenblumen oder Leguminosen mit sehr großem Kaliber eignen sich nach den Erfahrungen von Horsch schlecht für die Überdruckvereinzelung. Horsch nutzt beim AirSpeed-System zwei unterschiedliche Luftdrucksysteme, die in Zukunft bei Bedarf zur weiteren Verbesserung der Ablagegenauigkeit separat geregelt werden sollen. Daran wird aktuell noch gearbeitet [13].

Die Düngeeffizienz spielt in der gesellschaftlichen Diskussion weiterhin eine wichtige Rolle. Bei Kulturen, die mit Einzelkornsaat etabliert werden, kann eine vergleichsweise kleine Menge Mikrogranulat den ersten Nährstoffbedarf gut decken. Mehrere Hersteller wie z. B. Kverneland [15] und Lemken [5] bieten neu entwickelte oder überarbeitete Microgranulatstreuer für ihre Einzelkornsämaschinen an. In Deutschland ist für den Einsatz dieser Technik eine amtliche Prüfung durch das Julius Kühn-Institut für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz erforderlich [16]. Auch für das Drillsaatverfahren bieten mehrere Hersteller neu entwickelte Säaggregate an, die für die Ausbringung von Zwischenfrüchten und Mikrogranulaten gleichermaßen geeignet sind. Das Zwischenfrucht-Säaggregat „Tegosem“ von Pöttinger kann sowohl im Single-Shoot-Verfahren als auch zur oberflächlichen Ausbringung verwendet werden [17]. Die BioDrill von Väderstad bringt Startdünger bis zu 120 kg/ha bei einer Geschwindigkeit von 15 km/h aus [7].

Lemken rüstet die Azurit 10 mit einer schwingungsgedämpften Aufhängung der Vereinzelungseinheit aus, Bild 6 [5]. Die separate Aufhängung umfasst ein zweites Parallelogramm und ein passives Dämpfungssystem. Das System reduziert dynamische Einflüsse auf die Vereinzelungseinheit aus den bodengeführten Komponenten der Säeinheit und reduziert die Anzahl von Fehl- und Doppelbelegungen.

Bild 6: Schwingungsgedämpfte Aufhängung der Vereinzelungseinheit der Lemken Azurit 10
1…zweites Parallelogramm; 2…Dämpfer [5]

Figure 6: Anti-vibration suspension of the singulation unit of the Lemken Azurit 10
1…second parallelogram; 2…damper [5]

 

Die exakte Einhaltung der Ablagetiefe gehört zu den wesentlichen Anforderungen an Einzelkornsämaschinen. Aus konstruktiver Sicht gibt es mehrere Möglichkeiten, die Säschare exakt in der Tiefe zu führen, vgl. [18]. Eine besonders präzise Form der Tiefenführung ist eine Kombination aus gelenkig miteinander verbundenen vor- und nachlaufenden Stützrollen, die als Tandemwagen bezeichnet werden. Kverneland stellt dieses System für die mechanische Einzelkornsämaschine Monopill in der Mulchsaatausführung vor, Bild 7 [19]. Das Unternehmen reagiert mit diesem Angebot auf die zunehmende Verbreitung der Mulchsaat beim Anbau von Zuckerrüben. Der Anpressdruck der nachlaufenden Druckrollen ist einstellbar, um unter allen Aussaatbedingungen einen guten Bodenschluss der abgelegten Saatkörner zu gewährleisten.  

Bild 7: Kverneland Monopill Mulchsaat-Tandemausrüstung [19]

Figure 7: Kverneland Monopill mulch tandem sowing unit [19]

Forschungsergebnisse

Die Regelung des Auflagedrucks der Tiefenführungsrollen bei Einzelkornsämaschinen wird von mehreren Herstellern angeboten. Ein Team amerikanischer Wissenschaftler untersuchte die Auswirkungen zweier Betriebsmodi (statisch und dynamisch) auf Bodenverdichtung und Ablagetiefe bei der Aussaat von Baumwolle [20]. Zum Einsatz kam eine sechsreihige John Deere Max Emerge Plus-Maschine. In jedem Modus wurden vier Sollwerte der Auflagekraft vorgegeben. Im statischen Modus lagen die gemessenen Werte vor allem im oberen Sollwertbereich über den eingestellten Kräften. Im dynamischen Modus stimmten Soll- und Istwerte gut überein. Bodendichte, Cone Index und Ablagetiefe nehmen mit den Auflagekräften zu, mit stärkeren Anstiegen im dynamischen Modus.

Die Auswirkungen der Auflagedruckregelung auf Ablagetiefe und Auflaufgeschwindigkeit bei Mais sind in [21] dokumentiert. Die Sollwerte des Auflagedrucks korrelieren im statischen und dynamischen Modus positiv mit der Ablagetiefe. Die Auflaufgeschwindigkeit (Emergence Velocity Index) korreliert im statischen Modus positiv mit der Ablagetiefe und damit mit dem Auflagedruck. Im dynamischen Modus ist dieser Zusammenhang schwächer ausgeprägt.

Messungen und Simulationsergebnisse zur Verteilung der Vertikalkräfte auf Schneidscheiben, Tiefenführungsrollen und Andruckrollen einer Säeinheit der Einzelkornsämaschine „Maestro“ von Horsch sind in [22] dokumentiert. Ein Prüfstand zur Messung der genannten Größen unter Laborbedingungen wird vorgestellt. Die Mess- und Simulationsergebnisse umfassen Aussagen zur Regelgüte der Auflagedruckregelung sowie zu den Antwortzeiten auf dynamische Belastungsänderungen der Schneidscheiben.

Mehrere Autorenteams untersuchten physikalische Eigenschaften von Hafersaatgut [23] sowie von Mischungen aus Saatgut, biologischen Fungiziden und granulierten Düngemitteln [24]. Margapuri und Neilsen [25] stellen eine Studie zur Anwendung neuronaler Netze für die Phänotypisierung verschiedener Saatgüter vor. Ziel des Projektes war die Vorhersage mechanischer Eigenschaften der untersuchten Saatgüter basierend auf einer möglichst geringen Zahl von Trainingsdaten und mit niedrigem Zeitaufwand.

Die optimale Gestaltung von Zellendosierrädern für die Bohnenaussaat untersuchten Kus und Yildirim [26]. Ein Schwerpunkt der zugehörigen Laborexperimente war die Reduzierung des Bruchkornanteils während des Dosierprozesses.

Forschungsprojekte zu verschiedenen Fragestellungen der Sätechnik wurden in China durchgeführt, deren Ergebnisse die Forschenden in den USA veröffentlichten. Den Stand der Technik beim Einsatz von Drohnen zur Aussaat in China stellt ein Team der China Agricultural University in Peking dar [27]. Den Einfluss der Höhe des Saatgutspiegels im Behälter auf die Dosiergenauigkeit einer Drillmaschine untersuchten Hu et. al [28]. Sie entwickelten eine Drehzahlregelung des Dosierers, die bei der Aussaat von Weizen die Dosiergenauigkeit konstant hält. Die Genauigkeit eines pneumatischen Dosier-, Förder- und Verteilsystems bei der Weizenaussaat wird in [29] untersucht. Die Positioniergenauigkeit einer Reispflanzmaschine verbessert sich durch die Ergänzung des GPS - Systems durch weitere Sensoren, die ihre Informationen über einen neu entwickelten Filter in das Gesamtsystem geben [30]. Ein Simulationsmodell der Vereinzelung von Sojasaatgut in zwei mechanischen Vereinzelungssystemen wird in [31] vorgestellt. Die CAD-Modelle basieren auf der Software CATIA, die Prozesssimulation erfolgte mit EDEM. In einem weiteren Projekt entwickelten Wissenschaftler ein mechanisches Vereinzelungssystem für Soja [32]. Das System wurde zunächst mittels DEM-Simulation optimiert. In Labortests erreichte es eine Ablagegenauigkeit von 93 % in einem Geschwindigkeitsbereich zwischen 8 und 15 km/h. Eine Säkombination zur Rapsaussaat in Reisstoppeln wird in [33] beschrieben. Die Maschine besteht aus passiven und aktiven Bodenbearbeitungswerkzeugen zur Einarbeitung großer Mengen Reisstroh und legt Dünger und Rapssaatgut getrennt in unterschiedlicher Tiefe ab.

Zusammenfassung

Neue Antriebskonzepte von Landmaschinen verfolgen einen ganzheitlichen Ansatz. Der Beitrag stellt den Systemtraktor Nexat in Verbindung mit der 2021 getesteten Einzelkornsätechnik vor. Mehrere Sätechnikhersteller entwickelten autonome Antriebseinheiten, die im gleichen Jahr erstmals zum praktischen Einsatz während der Aussaat kamen.

Die Entwicklung bei Drillmaschinen zielt weiter in Richtung einer flexiblen, gleichzeitigen Ausbringung mehrerer Saatgüter und Dünger. Damit erhalten die Landwirte zusätzliche Möglichkeiten, ihre Fruchtfolgen und Düngestrategien an geänderte Rahmenbedingungen anzupassen. Eine im Beitrag ebenfalls vorgestellte Universalsämaschine kann zusätzlich zu den bekannten Fruchtarten für Einzelkornsaat auch Getreide vereinzeln und könnte zur Kosteneinsparung bei der Aussaat beitragen. Ein piezoelektrischer Blockagesensor erkennt verstopfte Säleitungen sowohl bei feinen Saatgütern als auch bei granuliertem Dünger.

Bei Einzelkornsämaschinen gibt es neue Vereinzelungssysteme, die mit nur wenigen Änderungen zur Vereinzelung mit Unter- oder Überdruck verwendbar sind. Eine neuartige Schwingungsdämpfung der Vereinzelungssysteme reduziert dynamische Einflüsse auf die Ablagegenauigkeit. Mehrere Hersteller stellen weiter entwickelte Mikrogranulatstreuer vor, die zunehmend auch für die präzise Düngung zum Einsatz kommen. Eine neue Säeinheit für die Mulchsaat von Zuckerrüben ermöglicht eine exakte Tiefenführung auch bei schwierigen Aussaatbedingungen.

Forschungsergebnisse betreffen die Wirkungen von Auflagedruck-Regelsystemen bei der Einzelkornsaat, physikalische Eigenschaften von Saatgütern und Mischungen mit Herbiziden und Dünger sowie die Optimierung der Kornvereinzelung bei Bohnen. Chinesische Wissenschaftler stellen Ergebnisse zum Drohneneinsatz bei der Aussaat in China sowie zu mehreren weiteren Themen im Bereich der Sätechnik vor.

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Autorendaten

Prof. Dr.-Ing. Till Meinel ist stellvertretender Institutsdirektor am Institut für Bau- und Land-maschinentechnik Köln der Technischen Hochschule Köln

Keywords:
Seed drills, precision planters, Seed placement, Fertilizer placement, Seed singulation
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Recommended form of citation:
Meinel, Till: Seeding Technology. In: Frerichs, Ludger (Hrsg.): Jahrbuch Agrartechnik 2021. Braunschweig: Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge, 2022. – pp. 1-12
Review date 13.04.2022

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