Optimierung der N-Düngung in der Tröpfchenbewässerung von Intensivkulturen durch Online-Bestimmung des pflanzenverfügbaren Bodenstickstoffs: Entwicklung einer innovativen in situ-Mess- und Steuermethode

Das Projekt wurde gefördert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) und fand in Kooperation mit der Universität Hohenheim, Fachgebiet Düngung und Bodenstoffhaushalt statt. Eine Beschreibung der Funktionsweise finden Sie auf unserem  NITROM-Poster.

Problem
Hauptquelle der diffusen Stickstoffbelastungen in Gewässern ist die Landwirtschaft. Besonders im Gemüsebau werden hohe Düngermengen appliziert, denn schon eine geringe Unterversorgung der Pflanzen mit Stickstoff (N) kann zur Komplettvernichtung einer Ernte führen, weil das Gemüse nicht marktfähig ist. Bisher kann insbesondere Nitrat-N nicht mit annehmbarem Aufwand im Boden gemessen werden, um Pflanzenmangel und Bodenüberschuss gleichzeitig zu vermeiden.

Lösung
Das NITROM (NITRat-Online-Messsystem) ist eine funktionstüchtige Mess- und Steuereinheit für die optimale Dosierung von Nitrat-Dünger in Bewässerungsanlagen für Gemüse- und Sonderkulturen.Die neue in situ- zu Die neue in situ-Messeinheit NITROM kann auch eigenständig verwendet werden.

Hintergründe zur Funktion
Es wurde ein Messsystem erprobt, das die direkte Bestimmung der Nitratkonzentration in der Bodenlösung ohne den Einsatz von Chemikalien ermöglicht. Dazu wurde Nitrat spektralphotometrisch bei bestimmten Wellenlängen gemessen. Störsignale durch z.B. gelösten organischen Kohlenstoff konnten über einen Referenzwellenlängenbereich und eine geeignete Auswertetechnik eliminiert werden. Durch eine spezielle Probenführung im Probenahmesystem mit Saugkerzen kann stets die aktuelle Bodenlösung gemessen werden. Diese unmittelbare Analyse verhindert auch eine starke Veränderung der Probe z.B. durch mikrobielle Umsetzung oder Ausgasung, was bei einer längeren Lagerung der Probe nicht auszuschließen ist.

Die Daten werden online an eine Auswerteeinheit übertragen und ausgewertet. Durch den Vergleich der aktuellen Nitratkonzentrationen mit vorliegenden Daten zum pflanzenspezifischen Düngerbedarf wird die Düngerdosierung gesteuert.

Nach Erprobung der spektralphotometrischen Messung im Labor wurde das Messsystem im Freiland oder Gewächshaus in verschiedenen Gemüsekulturen erprobt und evaluiert. Nach erfolgreichen Probeeinsätzen existiert ein Prototyp des Messsystems, mit dem eine vollautomatische Düngung nach aktuellen Nitratmesswerten durchgeführt werden kann.

Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
2013 und 2014 wurde der Prototyp auf dem Gemüsebautag der Versuchsstation für Gartenbau der Universität Hohenheim vorgestellt und daraufhin in diversen Fachzeitschriften für den Gemüsebau aufgegriffen und beschrieben (Taspo: Nr.45, 2013; BW Agrar: Nr.42, 2013, Nr.41, 2014).

Die Methode wurde 2013 in einem  Vortrag auf der Tagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft (DBG) vorgestellt. Außerdem fertigte Stephan Mayer seine Dissertation in diesem Projekt an.

Fazit
Nitrat-Messmethode und Düngemodul konnten mit einigen Abweichungen zur Ausgangsidee entwickelt werden. Die Arbeiten an einem Vorserienprodukt auf Grundlage des Prototyps sind im Gange. Das NITROM wurde als  Gebrauchsmuster Nr. 20 2015 000 747 geschützt und soll sowohl als Messgerät als auch als Düngesteuerung auf den Markt kommen.

Aus dem Forschungsbereich liegen bereits Anfragen vor. Als eigenständiges Messgerät wird das NITROM hier Bedeutung haben: Zeitlich hochaufgelöste Nitrat-Zeitreihen unter Freilandbedingungen konnten bisher nicht gemessen werden und dienen dem Verständnis der Nitrifikation, Denitrifikation und Lachgasbildung. Hier werden mit der neuen Methode erhebliche Forschungsfortschritte erwartet.

Als Düngemodul in der Tröpfchenbewässerung soll das NITROM über Partner des Gewächshaus- und Gartenbauzubehörhandels vermarktet werden.

Projektleitung:
Dr. Wolf-Anno Bischoff, Gutachterbüro TerrAquat

Projektbearbeiter:
Stephan Mayer

Kooperationspartner:
Universität Hohenheim, Fachgebiet Düngung und Bodenstoffhaushalt, Prof. Dr. Torsten Müller

Projektlaufzeit:
01.05.2011 - 31.12.2014

Förderung:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Förderkennzeichen 28293-34