How many soil samples are neccessary to obtain a reliable estimate of mean nitrate concentrations in an agricultural field?

In Germany, field-average soil NO3- measurements are used to identify agricultural risks of groundwater pollution and to evaluate the compliance of land users with environmental regulations. In the present study, it was tested at three typical agricultural sites if common practices of soil NO3- sampling were appropriate to obtain reliable estimates of the mean field NO3- content in fall. Three sites of 1 ha area were extensively sampled for NO3-. Ordinary statisticial analyses were conducted on the NO3- data in order to calculate how many samples per ha were required to predict the mean field NO3- with a given accuracy. Variograms were derived to assess applicability and relevance of ordinary statistical methods for heterogeneous fields. Results from statistical analysis suggest that at two sites common practices of soil NO3- sampling would have been adequate to obtain estimates of the actual mean field NO3- content with a sampling error less than 10 kg NO3--N ha—1 at a 95% probability level. At the other site, common practices obviously would have failed because NO3- contents varied much more spatially. It remains a problem of soil sampling for NO3- analysis that information on field heterogeneity is frequently not available a priori. Raumliche Variabilitat herbstlicher Nitratgehalte in landwirtschaftlich genutzten Boden In Deutschland dienen spatherbstliche Bodennitratmessungen dazu, unsachgerechte Flachenbewirtschaftung und potenzielle Grundwassergefahrdungen aufzuzeigen. Fraglich ist, welchen Einfluss die raumliche Heterogenitat von Boden auf die Aussagekraft von gemittelten Nitratmesswerten hat. Dazu wurden im Spatherbst drei typische Ackerstandorte intensiv auf Bodennitrat beprobt. Durch Konfidenzschatzung wurde berechnet, wie viele Proben erforderlich sind, um den tatsachlichen mittleren Nitratgehalt einer Flache mit einer gegebenen Genauigkeit abzuschatzen. Anhand von Semivariogrammen wurde untersucht, welche Relevanz die Konfidenzschatzung fur heterogene Boden besitzt. Die Ergebnisse der statistischen Analyse zeigen, dass mit gangigen Methoden der Nitratbeprobung auf zwei der Flachen eine Abschatzung des tatsachlichen mittleren Nitratgehaltes mit einer Unsicherheit von weniger als 10 kg NO3--N ha—1 bei einem Wahrscheinlichkeitsniveau von 95% moglich war, wahrend auf der dritten Flache wegen der deutlich ausgepragteren raumlichen Variabiliat der Nitratgehalte weit mehr Proben als ublich erforderlich waren, um dieselbe Genauigkeit zu erzielen. Das Problem bei Beprobungskampagnen wird sein, dass es im Regelfall nicht vorhersehbar ist, welche Flachen besonders heterogen sind und daher intensiver beprobt werden mussten, um zuverlassige Schatzwerte zu erzielen.