Weniger Dünger dank Teststreifen und Satellitendaten
TUM | PM | 10.07.2023
Eine neue Technologie wird künftig schnell, einfach und präzise das Düngen auf dem Acker erleichtern. Dank der Kombination aus Biosensor-Teststreifen und satellitengestützten Fernerkundungsdaten entwickelt die Technische Universität München (TUM) eine Methode zur Ermittlung des Ernährungszustands von Getreide und der idealen Düngermenge. Das automatische Einspielen digitaler Analysedaten in die landwirtschaftliche Bordtechnik soll künftig sowohl Zeit sparen als auch das Überdüngen vermeiden. Mit der Entwicklung umweltschonender Technologien nimmt der Campus Straubing innerhalb der TUM eine Schlüsselrolle ein.
Feldversuche mit der neuen Technologie starten bereits in diesem Jahr. Foto: Otto Zellmer/TUM
Neben Licht und Wasser brauchen Pflanzen zum Wachsen auch Nährstoffe, die zugeführt werden müssen. Zielgenaue Düngung in landwirtschaftlichen Kulturen ist ein Erfolgsgarant für Ertrag und eine umweltschonende Bewirtschaftung. Die Wissenschaft untersucht seit langem schon Methoden und Techniken, um die Ernährung von Pflanzen ressourcenschonend zu gewährleisten. Ziel ist es, für jede Wachstumsphase die exakt benötigte Düngergabe zu ermitteln und Technologien zu nutzen, die es erlauben, Pflanzennährstoffe möglichst präzise und genau auf dem Acker zu platzieren.
Neue Technologien mit Hilfe von Teststreifen und Fernerkundungsdaten per Satellit
Forschende der Technischen Universität München (TUM) arbeiten an einer neuen und einfachen Ermittlung des Ernährungszustands der Getreidepflanzen mit Hilfe von einfach zu handhabenden Biosensor-Teststreifen, ähnlich wie beim Testen des Blutzuckers bei Diabetikern. Hierfür werden mehrere Pflanzenstängel an mindestens drei verschiedenen Standorten vom Feld gesammelt und zerquetscht. Ein Tropfen des Pflanzensafts auf einem Testreifen reicht, um mit dem handtellergroßen Diagnosegerät den Nitratgehalt zu messen. Das Ergebnis ist in ein paar Minuten verfügbar. Es wird genutzt, um bereits per Satellit verfügbare Fernerkundungsdaten aus dem EU Copernicus Programm, dem europäischen Landüberwachungsdienst, zu kalibrieren. Die Kombination von genauen lokalen Messungen durch das neue Diagnosegerät per Teststreifen und großflächig verfügbaren satelliten- und luftbildgestützten Erdbeobachtungen ermöglichen die exakte Berechnung des benötigten Stickstoffdüngers auf dem untersuchten Acker. Dies spart, nach Einschätzung der Forschenden der TUM, bis zu 20 Prozent des benötigen Düngers im Getreideanbau.
Düngepraxis bisher zu ungenau
Laut Umweltbundesamt werden 50 Prozent des in der Landwirtschaft ausgebrachten Stickstoffdüngers nicht von den Pflanzen aufgenommen. Überschüssige Düngemengen verbleiben in den natürlichen Kreisläufen in der Natur und belasten Boden und Wasser. Die Düngeberechnungen der Kulturpflanzen erfolgen rein rechnerisch mit standardisierten Parametern oder nach Erfahrungswerten. Die Ermittlungen des Ernährungszustands der Pflanzen per Laboranalyse ist zwar möglich, kostet aktuell jedoch viel Geld und Zeit. Für die Anwendung auf dem Acker ist das bisher wenig praktikabel.
Genaue Düngermenge ist schnell und digital verfügbar
Der Forschungsfokus an der TUM liegt zunächst auf der Nährstoffversorgung mit Stickstoff von Getreide. Künftig wird auch der Ernährungszustand der Pflanzen mit Phosphat und Kalium überprüft werden können. Die TUM nutzt Prototypen des neuen Diagnoseverfahrens, die auch in der Anschaffung für die Praxis erschwinglich sein sollen. Für die landwirtschaftliche Anwendung der neuen Technologie kalkulieren die Forschenden ungefähr 20 EUR pro Hektar. Die verarbeiteten Analyseergebnisse aus Teststreifen und Satellitendaten sollen künftig direkt in die digitale Bordtechnik der landwirtschaftlichen Maschinen und Düngegeräte eingespeist werden können. So kann die Düngung komplett digital und präzise und ohne umständliches Berechnen durch den Menschen erfolgen.
Praktische Feldversuche starten bereits dieses Jahr
Feldversuche mit der neuen Technologie starten bereits in diesem Jahr. Die Kooperation mit regionalen Maschinenringen ermöglicht es den Forschenden der TUM, Erfahrungen mit einem großen Anwenderfeld zu sammeln. „Wir werden von Anfang an Feldversuche mit Landwirten in der Region durchführen, um unsere Technologie in Zusammenarbeit mit Anwendern zu entwickeln“, sagt Dr. Tobias Vöpel, Projektleiter am TUM Campus Straubing. Die Ergebnisse der praktischen Feldversuche der nächsten drei Jahre fließen in die Entwicklung der neuen Technologie ein.
Erstes EIC Transition Projekt für die TUM
Mit dem Forschungsprojekt für eine einfache Düngeermittlung hat die TUM nun den Zuschlag des European Innovation Council (EIC) Transition Projekts errungen, mit dem die Forschenden in ihrer Arbeit an innovativen Technologien für eine nachhaltige und zukunftsfähige Landwirtschaft finanziell gefördert werden. Mehrere Lehrstühle arbeiten bei dem Projekt zusammen, um eine praxisreife Technologie zu entwickeln. Federführend ist der Lehrstuhl von Prof. Nicolas Plumeré, Professor für Elektrobiotechnologie am TUM Campus Straubing.