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Algorithmen und Sensoren für eine nachhaltige und zukunftsfähige Landwirtschaft

22.01.2020

Die Vorgaben der Europäischen Union verlangen eine Verringerung des Nitratgehalts im Grundwasser. Dabei helfen digitale Techniken, die Forschende unter Federführung der Technischen Universität München (TUM) am Wissenschaftszentrum Weihenstephan entwickelt haben.

Bis Dato berechnen Landwirte die Düngemenge für ein Feld aus dem durchschnittlichen Ertrag und der mittleren Bodengüte. In Wirklichkeit jedoch variieren Bodeneigenschaften, Ertragspotenzial und Düngebedarf kleinräumig auch innerhalb eines Feldes.


Ein leistungsfähiges Tool zur zielgerichteten Düngung ist ein spezieller multispektraler Sensor, der am Traktor angebracht werden kann; abgebildete Person: Josef Pruecklmaier, Doktorand an der Technischen Universitaet Muenchen.

Quelle: Uli Benz / TUM

An Stellen, die vom Mittelwert des Feldes abweichen, bekommen die Pflanzen deshalb zu viel oder zu wenig Dünger. Überschüssiger Stickstoff bleibt im Boden zurück, reichert sich über die Jahre an und entweicht irgendwann in die Umwelt, etwa ins Grundwasser.

Professor Kurt-Jürgen Hülsbergen, Inhaber des Lehrstuhls für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme ist sich sicher: „Der Düngebedarf von Kulturpflanzen wird zunehmend mit sensorgestützten Systemen und Düngealgorithmen ermittelt.“

Passgenaues Düngen durch Sensoren und Algorithmen

Auf der Basis von Langzeit-Feldexperimenten hat Hülsbergen mit seinem Team in den vergangenen zwei Jahrzehnten ein digitales Nährstoff-Managementsystem aufgebaut. Damit werden die Stoff- und Energieflüsse landwirtschaftlicher Betriebe analysiert, bewertet und optimiert.

Hülsbergens Mitarbeiter Dr. Franz-Xaver Maidl ergänzt die Möglichkeiten der passgenauen Düngung mit seiner Forschung. Er hat ein sensorgestütztes System und Algorithmen zur teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung entwickelt.

Der Lehrstuhl stellt somit zwei digitale Instrumente bereit, die Landwirten dabei helfen, Dünger zu sparen und die Umwelt zu entlasten. In der oberbayerischen Modellregion Burghausen / Burgkirchen werden diese nun ab Januar 2020 in einem dreijährigen Forschungsprojekt umfassend erprobt, bevor sie in der landwirtschaftlichen Praxis und Beratung nutzbar sind.

Webbasiertes System zur Berechnung des optimalen Düngebedarfs

Hülsbergens Team hat ein modular aufgebautes, webbasiertes Managementsystem entwickelt, das nun in Modellregionen wie in Burghausen / Burgkirchen getestet wird. Damit können Landwirte nicht nur den Nährstoff- und Düngebedarf ihrer Pflanzen genau ermitteln, sondern auch die Düngerverteilung in der Fruchtfolge optimieren.

Das System kann gleichermaßen im ökologischen und konventionellen Landbau eingesetzt werden. Ziel ist es, die Stickstoffeffizienz zu steigern und umweltrelevante Stickstoffemissionen zu vermindern.

„Ein passender Düngealgorithmus sorgt dafür, dass Landwirte keine Ertragseinbußen haben und die Gesellschaft von der guten Wasserqualität profitiert“, erklärt Hülsbergen.

Sensoren am Traktor verarbeiten Informationen aus der Pflanze direkt

Ein leistungsfähiges Tool zur zielgerichteten Düngung ist ein spezieller multispektraler Sensor, der am Traktor angebracht werden kann. Dieser misst das Licht, das von Pflanzenbeständen reflektiert wird. Anhand der Reflexion kann der Stickstoff-Ernährungsstatus der Pflanzen berechnet werden.

Das System berücksichtigt darüber hinaus das Wachstumsstadium, die Bodengüte und die angestrebte Produktqualität, um dann die optimale Düngemenge zu berechnen. Damit wird in einem Arbeitsgang der Stickstoffgehalt der Pflanze bestimmt und in Echtzeit die richtige Düngemenge ermittelt.

Mehr Informationen:
Professor Kurt-Jürgen Hülsbergen ist Mitglied des Hans-Eisenmann-Forums (HEF) für Agrarwissenschaften, einem Zentralinstitut der TUM.

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt, die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung und das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten fördern diese Arbeiten. Deutschlandweit sind mehrere Projektpartner beteiligt.

Am 7. Februar 2020 findet im TUM-Akademiezentrum Raitenhaslach die Auftaktveranstaltung zum Projekt „Minderung von Nitratausträgen durch digitales Stickstoffmanagement und sensorgestützte Düngung in der Modellregion Burghausen / Burgkirchen (digisens)“ statt. In anderen Bundesländern (u.a. in Sachsen, Brandenburg und Nordrhein-Westfalen) werden weitere Modelltests folgen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Kurt-Jürgen Hülsbergen
Technische Universität München
Lehrstuhl für ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme
sekretariat.oekolandbau@tum.de

www.oekolandbau.wzw.tum.de

Weitere Informationen:

https://mediatum.ub.tum.de/1535241 (Hochauflösende Bilder für die Berichterstattung)

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

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