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01.03.2019 - Manuel Ermann

Zu Fall gebracht - wenn Versuche schief gehen

An Hochschulen und anderen Forschungseinrichtungen werden in den Nutzpflanzenwissenschaften überwiegend Exaktversuche auf Kleinparzellen durchgeführt. Dabei wird explizit darauf geachtet, dass Störfaktoren ausgeschlossen werden. Die Homogenität eines Plots ist für diese Art von Feldversuchen die wichtigste Ausgangsbedingung. 

Unsere Umwelt ist allerdings alles andere als homogen: sie ist divers und voller Einflussfaktoren. Bei der Evaluierung von realen Anbausystemen und -strategien wird daher gezielt mit der natürlich vorkommenden Heterogenität gearbeitet. Um dies bewerkstelligen zu können, wurden vor mehreren Jahrzehnten die sog. On-Farm-Research Versuche entwickelt. Mit ihnen wird die spezielle Evaluierung von Systemvergleichen auf Praxisschlägen möglich. Als Versuchsfläche wird der komplette Ackerschlag genutzt. Zudem sind die auf den Flächen wirtschaftenden Landwirte an den OFR-Versuchen beteiligt. So können randomisierte Langparzellen mit betriebsüblicher Technik bearbeitet werden. Alle externen Einflussfaktoren, wie Boden, Gelände, Ausgangsbestände werden zusätzlich erfasst und geostatistisch analysiert.

Dass die Durchführung von OFR-Versuchen auch schief gehen kann, wenn die genannten Grundsätze (wir werden diese später noch einmal genau aufführen) nicht beachtet werden, zeigt exemplarisch eine Forschungsarbeit der Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein, die vor gut zehn Jahren auf Gut Helmstorf durchgeführt wurde. Dabei sollte die Sensordüngung mit der betriebsüblichen Düngung sowie der Ein-/Zweimaldüngung verglichen werden. Die Projektverantwortlichen kamen zu folgendem Ergebnis: Für die drei Düngungsstrategien hat sich im Mittel des Betriebes […] die Variante "betriebsüblich" als die wirtschaftlichste erwiesen. Gegenüber der Einmal-/Zweimaldüngung brachte die N- Sensordüngung keine wirtschaftlichen Vorteile.

Dieses Ergebnis ist nur leider rein zufallsbedingt und hat daher keinen Anspruch auf allgemeine Gültigkeit – weder in Schleswig-Holstein, noch in Deutschland oder Europa. Wir erläutern Ihnen in diesem Blog-Beitrag, welche Fehler der Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein seinerzeit bei ihren OFR-Versuchen unterlaufen sind. Dabei ist es uns wichtig, dass Sie als Leser verstehen, über welche Stolpersteine man in der praxisorientierten Evaluierung von Anbausystemen und -strategien zu Fall kommen kann.

Zur Historie von OFR-Versuchen

Im Jahr 2011 erarbeitet die Arbeitsgruppe Landwirtschaftliches Versuchswesen der Deutschen Region der Biometrischen Gesellschaft federführend einen Leitfaden für die Planung und Auswertung von OFR-Versuchen. Dies erfolgte in Zusammenarbeit und enger Abstimmung mit

  • der Arbeitsgruppe Versuchswesen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften
  • dem Arbeitskreis Biometrie und Versuchsmethodik der Deutschen Phytomedizinischen Gesellschaft
  • der Arbeitsgruppe Biometrie und Bioinformatik der Gesellschaft für Pflanzenzüchtung
  • dem Fachausschuss „Versuchswesen in der Pflanzenproduktion" der DLG

Die beteiligten Experten definierten sechs wichtige Grundsätze, welche in OFR-Versuchen zwingend eingehalten werden müssen:

  • Mindestens dreifache Wiederholung der Prüfglieder
  • Zufällige Verteilung der Parzellen (Randomisierung)
  • Digitale räumliche Erfassung der Versuchsanlage, der Applikation des Betriebsmittels, des Ertrages und aller Störfaktoren
  • Die Geostatistische Auswertung muss die räumliche Abhängigkeit der untersuchten Parameter/Messwerte beinhalten (Semivarioprogramm-Modell)
  • Aufstellen eines Regressionsmodells und dessen Prüfung
  • Ergebnisdarstellung mit statistischen Maßzahlen wie Standardfehler und Signifikanz (p-Werte)

Die DLG stellte zudem im Mai 2013 in einer Pressemitteilung noch einmal klar: „Landwirtschaftliche Feldversuche […] bedürfen einer fundierten statistischen Versuchsplanung. […] Werden methodische Mindestanforderungen wie Wiederholung, Gleichbehandlung (ceteris-paribus-Prinzip) und Randomisierung nicht beachtet, so können die erzielten Ergebnisse nur Demonstrationscharakter haben und sind nicht zur Veröffentlichung geeignet." Darüberhinaus betonte das OLG Düsseldorf (AZ I-20 U 141/08) in einem Urteil, dass eine streifenweise Anordnung ohne Wiederholung in den seltensten Fällen methodisch sinnvoll ist, und "die Verwendung solcher Daten im Rahmen vergleichender Werbung untersagt [werden]. […] Ohne Wiederholung sind Versuche wertlos."


Die Versuchsdurchführung auf Gut Helmstorf war durchweg fehlerhaft

Wenden wir uns nun wieder der Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein und Gut Helmstorf zu. Wie bereits zu Beginn dieses Beitrags erwähnt, wurde in dem OFR-Projekten zur N-Düngung keine einzige der klar definierten sechs Grundregeln eingehalten.

Folgender Vergleich macht den ersten Fehler deutlich: Das Bild links zeigt einen Versuchsschlag mit einer in der Praxis bewährten Streifenanlage, welche voll und ganz den Anforderungen an OFR-Versuche entspricht. Das rechte Bild veranschaulicht die Versuchsanlage des Schlages "Hansberg" aus dem OFR-Projekt auf Gut Helmstorf. Die hier durchgeführte Untergliederung des Feldes in drei Teile ist im Versuchswesen unzulässig und erfüllt daher nicht die Mindestanforderungen:

  • Gleichbehandlung (ceteris-paribus-Prinzip)
  • Zufällige Verteilung der Parzellen (Randomisierung)
  • Wiederholung

Anhand von Abbildung 2 kann belegt werden, dass im Projekt auf Gut Helmstorf grundsätzlich die simple Untergliederung der Versuchsschläge in drei Teile gewählt wurde. Damit entziehen sich leider alle dort erzielten Ergebnisse jeglicher sinnvoller statistischer Betrachtung.

Die Benachteiligung einzelner Prüfglieder ist höchst problematisch

Es ist anzunehmen, dass die unzulässige Wahl der Versuchsanlage einzelne Prüfglieder von vornherein benachteiligt wurden. Als Beispiel für den nächsten Fehler dient erneut der Schlag "Hansberg". Das Bild rechts zeigt die Ertragspotentialkarte, wie sie in öffentlichen Vorträgen der Landwirtschaftkammer Schleswig-Holstein gezeigt wurde. Konkret dargestellt ist der sieben-jährige Durchschnitt der Erträge.

Werden die Daten aufbereitet, dann wird der begangene Fehler klar ersichtlich: Links die Aufteilung der Versuchsglieder, rechts die Ertragspotentialkarte: Je heller die Teilflächen sind, umso niedriger ist das Ertragspotential. Es wird sofort ersichtlich, dass sich diese hellen Teilflächen vorrangig in der YARA N-Sensor-Parzelle befinden.

 

Eine Berechnung des mittleren Ertragspotentials je Variante bestätigt den optischen Eindruck:

Ein-/Zweimaldüngung Sensordüngung betriebsüblich
135 %
83 %118 %

Die Teilfläche der Sensordüngung weist nur 70 Prozent des Ertragspotentials der Teilfläche „betriebsüblich“ und 61 Prozent der Teilfläche „Ein-/Zweimaldüngung“ auf. Trotzdem wurden in den Gut Helmstorfer Versuchen mit dem YARA N-Sensor nahezu die gleichen Erträge erzielt wie in den Vergleichsvarianten.


Resümee

Wir haben exemplarisch zeigen können, dass die OFR-Versuche zur N-Düngung auf Gut Helmstorf die methodischen Mindestanforderungen (Wiederholung, Gleichbehandlung, Randomisierung) an Versuche solcher Art nicht erfüllen. Die damals erzielten Ergebnisse können daher nicht zur allgemeingültigen Qualifizierung von Düngestrategien herangezogen werden.

Unglücklicherweise wurden diese „unabhängige“ Versuchsergebnisse zum Anlass genommen, den YARA N-Sensor und die durch ihn gestützte N-Düngung den Nutzen abzusprechen. Aus unserer Sicht wurde dadurch bei vielen Landwirten für Unsicherheit und Verwirrung gesorgt und großes Potential für eine ökonomisch und ökologisch erfolgreichere Stickstoffdüngung verschenkt. Denn in den vergangenen 20 Jahren konnte in über 250 ORF-Versuchen in verschiedenen Regionen Europas das Potential des YARA N-Sensors nachgewiesen werden:

 

  • 3-6% Mehrertrag,
  • bis zu 12% N-Einsparung,
  • bis zu 30 kg N/ha N-Bilanzverbesserung,
  • 12-20% Leistungssteigerung im Drusch,
  • 0,2-0,5% höhere und homogenere Qualität,
  • vollständige Verhinderung stickstoffbedingten Lagers und
  • im Durchschnitt 100 €/ha Mehrerlös

...und das jedes Jahr!


Quellen:

Biometrische Gesellschaft: Leitfaden mit den biometrischen Grundsätzen für die Planung und Auswertung sog. „On Farm Experimente, 02.02.2016: http://www.biometrische-gesellschaft.de/arbeitsgruppen/landwirtschaftliches-versuchswesen/on-farm-experimente/einfuehrung.html

Stellungnahme DLG-Ausschuss für Versuchswesen: Landwirtschaftliche Feldversuche: Auf methodisch korrekte Planung, Durchführung und Auswertung achten, Mai 2013

Dr. Ulfried Obenauf: On Farm Research, N-Sensor im praktischen Einsatz, Vortrag DLG-Workshop, 21./22.11.2012 Groß-Umstadt

Dr. Ulfried Obenauf, Imke Borchardt, Christoph Lubkowitz (Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein), Carsten Kock (Gutsverwaltung Helmstorf): Precision Farming: N-Düngung im Praxistest, top agrar 2/2013

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