Precise Nitrogen

Am 17.02.2023 fand die Abschlussveranstaltung „Stickstoffdüngung auf den Punkt (aus)gebracht“ des Projektes auf der Burg Warberg statt. Sie wurde gemeinsam von der Landwirtschaftskammer Niedersachsen, dem Ackerbauzentrum Niedersachsen und seinem Träger, dem Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e. V., dem Julius Kühn-Institut und der Georg-August-Universität Göttingen organisiert.

Die Veranstaltung informierte über die gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen. Darüber hinaus wurden weitere Forschungsansätze vorgestellt und die praktische Umsetzung einer teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung diskutiert.

Die Erkenntnisse sind nachfolgend zusammenfassend dargestellt: 

Bei den Großflächenversuchen unter Praxisbedingungen wurde festgestellt, dass der Effekt der Teilflächen und somit der Bodenunterschiede auf die Stickstoffeffizienz größer war als der Effekt der Düngevarianten. Die Düngevarianten unterschieden sich zu wenig in der Stickstoffmenge. Zudem war nicht das Stickstoffangebot der begrenzende Faktor, sondern die aufkommende Trockenheit im Frühsommer beider Versuchsjahre.

Mit Blick auf die Technologien zeigte sich, dass die Datenübertragung der Feldsensoren in einem lokalen Netzwerk im Jahr 2021 unzureichend war. Im Jahr 2022 war die Übertragung zuverlässiger, weil ein Mobilfunknetz genutzt wurde. Die Datenqualität der Sensorik wurde innerhalb einer Teilfläche durch den Vergleich von benachbarten Sensoren überprüft. Bei den Messzusammenhängen zeigten die Luft- sowie die Bodentemperatur sehr gute Werte. Bei der Luftfeuchtigkeit wurden auch noch gute Werte gemessen. Bei der Bodenfeuchte ergab sich ein differenziertes Bild: es gab Anteile mit sowohl sehr guten als auch sehr schlechten Zusammenhängen. Die grundlegende Erkenntnis ist, dass die Sensorik Erfahrungen der Landwirte messbar macht und damit für die Verwendung in Modellen geeignet ist. Die Abschätzung der Stickstoffnachlieferung durch das Ökosystemmodell war in den beiden Versuchsjahren mäßig, denn die Berücksichtigung von Wetterextremen war schwierig. Zudem lässt eine zu geringe Höhe der Stickstoff-Auf- und Abschläge kaum eine differenzierte Betrachtung zu.

Damit spiegeln die erzielten Ergebnisse das Potential dieser Technologie wider. Es bleibt jedoch festzuhalten, dass weitere Forschung notwendig ist, um die Ergebnisse des Projektes zu validieren, zu ergänzen und die vorhandenen Technologien weiterzuentwickeln. In den dreijährigen Laufzeiten der EIP-Agri-Projekte lassen sich zwar Innovationen in Großflächenversuchen, die auf die einjährigen Vegetationszyklen im Ackerbau angewiesen sind, testen, aber für die Validierung – also die Prüfung auf Anwendbarkeit unter praktischen Verhältnissen – ist der Zeitraum zu kurz. 

Ein Erfolg des Projekts war die Vernetzung zwischen Wissenschaft und Praxis als eine wesentliche Voraussetzung, um die vorgestellten Technologien in der landwirtschaftlichen Praxis testen zu können. Das Engagement der teilnehmenden landwirtschaftlichen Betriebe an Forschungsvorhaben kann daher nicht hoch genug geschätzt und sollte zukünftig auch entsprechend honoriert werden.

Wer mehr zur fernerkundungsbasierten teilflächenspezifischen Stickstoffapplikation erfahren möchte, kann sich eine Methodenübersicht herunterladen (siehe unten). Diese gibt einen Überblick der Messprinzipien und der marktverfügbaren Anwendungen. Der Abschlussbericht des Projektes wird nach Freigabe durch den Fördermittelgeber umgehend veröffentlicht.
 

Auch im Jahr 2023 werden wieder viele aktuellen Themen des grünen Bereiches in der „Broschüre Landwirtschaft im Braunschweiger Land“ dargestellt. Ein Beitrag (S. 8-10) stellt die Projektbetriebe von Precise Nitrogen vor und stellt heraus, was sie motiviert sich an dem Projekt zu beteiligen.

Die Broschüren liegen zur Mitnahme im Grünen Zentrum Braunschwieg sowie in der Geschäftsstelle des Landvolksverbandes Gifhorn-Wolfsburg aus. Zudem kann es unter folgendem Link als e-Paper abgerufen und heruntergeladen werden.

https://www.yumpu.com/user/permedien2017

Das Projekt Precise Nitrogen untersucht, ob Mikroklimasensoren und Fernerkundungsdaten dabei helfen können, die Stickstoffdüngung im Winterweizen auf Schlagebene zu optimieren.
Finanziert durch die Europäische Innovationspartnerschaft (EIP Agri) arbeiten Wissenschaftler der Universität Göttingen, des Julius Kühn-Instituts, der LUFA Nord-West, der LWK Niedersachsen und des NAN e.V. zusammen mit vier Projektbetrieben daran, digitale Techniken in der Praxis nutzbar zu machen.

Teilflächenbewirtschaftung
Die Teilflächenbewirtschaftung oder Präzisionslandwirtschaft gilt als Schlüssel um Dünge- und Pflanzenschutzmengen innerhalb eines Schlages besser zu verteilen. Denn in der Praxis ist die Entwicklung der Pflanzenbestände oft sehr heterogen und so auch der Bedarf an Dünge- und Pflanzenschutzaufwendungen. Neben landwirtschaftlichem Erfahrungswissen liefern Satellitendaten, elektrische Leitfähigkeitsmessungen oder die gründliche Kartierung des Bodens zusätzliche Informationen, um bei der Bewirtschaftung innerhalb eines Schlags zu differenzieren. Das Ziel ist letztlich immer, das Ertragspotenzial in allen Teilarealen auszuschöpfen, die Qualitätsziele des Produkts zu erreichen (Stichwort Proteingehalt im Weizen) und gleichzeitig die Emissionen in die Umwelt so gering wie möglich zu halten.

Dynamischer Boden
Die große Unbekannte ist und bleibt die Pflanzenverfügbarkeit des im Boden befindlichen Stickstoffs. Je nach Standort ist ein sehr großer Stickstoffvorrat von mehreren Tonnen pro Hektar vorhanden, doch davon ist nur ein Bruchteil pflanzenverfügbar. Zwar kann die etablierte Nmin-Methode den verfügbaren Bodenstickstoff zu Beginn der Vegetationsperiode bestimmen, die weitere Nährstoffdynamik von Frühjahr bis Herbst lässt sich hiermit aber nicht zuverlässig erfassen. Dies liegt vor allem daran, dass verschiedene Bodenbedingungen und das von Jahr zu Jahr unterschiedliche Witterungsgeschehen starke Auswirkungen auf die mikrobielle N-Freisetzung im Boden haben. Neben pH-Wert und Schadstoffen beeinflussen vor allem Bodentemperatur und -feuchte die Stickstoffdynamik im Boden maßgeblich. Da Niederschläge oft nur kleinräumig fallen, bilden die Daten von fest installierten Wetterstationen die Bedingungen im Feld oft nicht genau genug ab. 

Erfassung von Mikroklimadaten
Eine Abhilfe könnten kostengünstige Mikroklimasensoren schaffen, die in Precise Nitrogen erstmalig großflächig unter Praxisbedingungen getestet werden. Die Sensoren werden mitten im Weizenbestand installiert und messen über einen Elektroimpuls fortlaufend Bodentemperatur und -feuchte. Die so ermittelten Daten senden sie unter Nutzung eines niederfrequenten Funksignals an eine ans Internet angeschlossene Funk-Basisstation. Somit sind die erhobenen Mikroklimadaten in Echtzeit abrufbar. Diese Datengrundlage bietet die Möglichkeit, vorhandene Simulationsmodelle zu Boden- und Pflanzendynamik zu verbessern. Zusätzlich werden frei verfügbare Satellitendaten sowie Bewirtschaftungsdaten im Modell verarbeitet. Das so entstandene On-Farm-Management-System ermöglicht es eine individuelle Düngeempfehlung abzuleiten.

 

 

 

Praxisversuche sind geplant
Ob die Modellprognose gegenüber herkömmlicher Verfahren besser geeignet ist die Nährstoffdynamik im Boden abzubilden, wird sich in den Versuchsjahren 2021 und 2022 zeigen. Hier werden die Düngeempfehlungen nach dem On-Farm-Management-System im Vergleich zu anderen Düngevarianten auf vier Betrieben im Praxiseinsatz getestet. 
Dabei reichen die betrachteten Standorte, die alle im Raum Braunschweiger Land liegen, von sehr fruchtbaren Böden mit mächtiger Lössauflage bis zu sandigen Böden unter Bewässerung. Neben sehr homogenen Schlägen werden auch solche mit stark wechselnden Bodenbedingungen untersucht. So kann der Frage nachgegangen werden, ob sich die Teilflächenbewirtschaftung auch auf vermeintlich homogenen Standorten lohnt.
Der Einfluss der verschiedenen Düngesysteme wird durch vegetationsbegleitende Messungen wie der Bestimmung des Nitratgehalts im Pflanzensaft fortlaufend begleitet. Auch Drohenüberfliegungen mit moderner Kameratechnik sind innerhalb des Projekts eingeplant.
Letztlich entscheidet das Ertragsergebnis, ob das innovative Düngesystem durch eine optimierte N-Düngung dazu beitragen kann Ansprüche von Ökonomie und Ökologie miteinander zu vereinen.

 

 

 

Das Projekt wird im Rahmen der Europäischen Innovationspartnerschaft “Produktivität und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft” (EIP Agri) gefördert.
 

                        

Das Gemeinschaftsprojekt von Landwirtschaftskammer und den beiden Landvolkkreisverbänden der Region stellt wieder verschiedenste Themen des "grünen Bereiches" des Braunschweiger Landes dar, unter anderem auch eine Veröffentlichung zum Projekt Precise Nitrogen. Die Broschüren liegen zur Mitnahme in der Bezirksstelle Braunschweig der Landwirtschaftskammer und in den Geschäftsstellen der Landvolkkreisverbände Braunschweig und Gifhorn aus. Zudem gibt es ab diesem Jahr ein E-Paper.

 

Wie kann die N-Düngung effizienter gestaltet werden, indem das Wissen der Landwirte über die Teilflächen des Bestandes durch Sensornetzwerke und Satellitendaten ergänzt wird? Dieser Frage widmet sich das kürzlich gestartete, von der Europäischen Innovationspartnerschaft (EIP Agri) geförderte Projekt Precise Nitrogen (2020-2023), das von der Bezirksstelle Braunschweig der Landwirtschaftskammer Niedersachsen koordiniert wird.

Ziel ist es, die Ressourceneffizienz bei der N-Düngung durch teilflächenspezifische Anpassung an das Mikroklima zu erhöhen.

 

 

 

Abbildung 1: Vorgehen im EIP-Projekt Precise Nitrogen

Hierzu werden auf Praxisflächen verschiedener Betriebe in Südostniedersachsen unter Nutzung von Satellitendaten Teilflächen identifiziert, die über vergleichbare Bodeneigenschaften und ein ähnliches Ertragsniveau verfügen. Neben den Bodeneigenschaften wird die N-Mineralisation der verschiedenen Teilflächen maßgeblich von Temperatur und Feuchte im Boden beeinflusst. Um diese mikroklimatische Dynamik zu erfassen, werden auf den Teilflächen Bodensensoren installiert, die im Zehn-Minuten-Intervall mithilfe eines elektromagnetischen Feldes Bodentemperatur und -feuchte sowie die Temperatur im Pflanzenbestand aufzeichnen und per Funk an ein lokales Gateway senden. Diese mikroklimatischen Informationen fließen in ein Ökosystemmodell ein, das spezifische mikroklimatisch bedingte N-Mineralisationsraten berechnet. Die so prognostizierte N-Verfügbarkeit wird mittels Bonituren, Boden- und Pflanzenbeprobungen, weiteren vegetationsbegleitenden Messungen und den Erfahrungen der Betriebsleiter validiert.Durch die Verknüpfung dieser verschiedenen Datenquellen entsteht ein sogenanntes Farm-Management-System, das dazu genutzt werden kann, konkrete N-Düngeempfehlungen abzuleiten. Im Idealfall kann so das Ertragspotenzial einzelner Teilflächen durch eine, genau auf den Pflanzenbedarf zugeschnittene N-Düngung, besser ausgenutzt werden. Gleichzeitig besteht das Potenzial die N-Auswaschung ins Grundwasser so weiter zu reduzieren.
Da sowohl Einbau als auch Betrieb der Funksensoren kostengünstig zu realisieren sind, sind die Projektergebnisse potenziell auch für mittlere und kleinere Betriebe interessant.

„Das Projekt wird im Rahmen der Europäischen Innovationspartnerschaft “Produktivität und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft” (EIP Agri) gefördert.“

 

 

 

Abbildung 2: Verschiedene Informationsquellen fließen in das On-farm-Management-System ein.

Neben der Landwirtschaftskammer Niedersachsen sind die Abteilung Agrartechnik der Georg-August-Universität, das Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde des Julius-Kühn-Instituts, das Netzwerk Ackerbau Niedersachsen e. V. sowie die Güterverwaltung Reinau am Projekt beteiligt.