Projekt 30743/01

Digital basiertes Stickstoffmanagement in landwirtschaftlichen Betrieben Emissionsminderung durch optimierte Stickstoffkreisläufe und sensorgestützte teilflächenspezifische Düngung

Projektdurchführung

Technische Universität München (TUM) Lehrstuhl f. Ökologischen Landbau u. Pflanzenbausysteme Wissenschaftszentrum Weihenstephan
Liesel-Beckmann-Str. 2
85354 Freising

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In der Bundesrepublik Deutschland sind die flächenbezogenen Stickstoff (N)-Salden mit etwa 90 bis 100 kg ha-1 a-1 seit Jahren auf zu hohem Niveau; dies führt zu umwelt- und klimarelevanten N-Emissionen sowie zu Konflikten mit dem Trinkwasserschutz.

Hohe N-Überschüsse treten insbesondere in Betrieben und Regionen mit intensiver Tierhaltung und hohem Gülleanfall auf. Langjährig organisch gedüngte Böden können hohe N-Mineralisierungspotenziale aufweisen, die bei der Mineral-N-Düngung oftmals nur unzureichend berücksichtigt werden.

Eine weitere Ursache hoher N-Salden ist die schlageinheitliche N-Düngung auf heterogenen Schlägen. In Niedrigertragszonen kann dies zur N-Überdüngung und hohen N-Verlusten führen; in Hochertragszonen wird das Ertragspotenzial nicht ausgeschöpft oder es kommt zur Abnahme der Boden-N-Vorräte.






Die präzise Bestimmung des Stickstoffdüngebedarfs von Kulturpflanzenbeständen erfordert die Berücksichtigung zahlreicher Einflussfaktoren, vor allem des Ertragspotenzials, der Nährstoffdynamik von Böden, der Pflanzenentwicklung und Nährstoffaufnahme sowie der Witterungsbedingungen in der Vegetationsperiode. Aufgrund der Komplexität der Stickstoffflüsse im System Boden – Pflanze – Umwelt, zahlreicher Interaktionen sowie der kleinräumigen Variabilität von Bodeneigenschaften ist eine exakte N-Düngebedarfsermittlung nach wie vor eine Herausforderung und auch mit digitalen Düngesystemen noch nicht optimal gelöst.

Ein Lösungsansatz zur wirksamen Minderung der N-Überschüsse besteht in der Nutzung innovativer Technologien der sensorgestützten Stickstoffdüngung und des digitalen Stickstoffmanagements.

Im Forschungsprojekt wird in Teilprojekt 1 ein sensorgestütztes teilflächenspezifisches N-Düngesystem für die Fruchtart Mais nach dem Verfahren Online + Map-overlay entwickelt. Bisher gab es keine entsprechenden Düngealgorithmen und Düngestrategien für Mais. Mit diesem Düngesystem sollen sowohl (indirekt) die N-Nachlieferung des Bodens als auch die Bodenheterogenität bei der N-Düngung berücksichtigt und dadurch die N-Düngung präzisiert werden.

In Teilprojekt 2 wird das Potenzial der teilflächenspezifischen N-Bilanzierung analysiert. Bisher werden N-Salden nur im Mittel von Ackerschlägen ausgewiesen, wodurch die tatsächlichen N-Verlustpotenziale nur unzureichend erfasst werden. Anhand unterschiedlicher Datenquellen und Analysemethoden (Mähdrescherertragserfassung, Sensordaten, Satellitendaten) werden teilschlag¬spezifische N-Salden berechnet. Als Einflussfaktoren auf die räumlich variablen N-Salden werden ertragsrelevante Bodenparameter untersucht. Die ökologische Relevanz der teilflächenspezifischen N-Bilanzierung wird bewertet. Die teilflächenspezifische N-Bilanzierung wird in ein digitales Stickstoffmanagementsystem eingebunden.

Beide Teilprojekte und Untersuchungsansätze – die teilflächenspezifische N-Düngung und die teilflächenspezifische N-Bilanzierung sind eng vernetzt. Beide Ansätze sind in digitale, web-basierte Stickstoffmanagementsysteme integrierbar.

Die Projektziele sind somit (a) die Entwicklung eines Verfahrens zur teilflächenspezifischen sensorgesteuerten Stickstoffdüngung von Mais nach dem Verfahren Online + Map-overlay, (b) die Weiterentwicklung eines webbasierten N-Bilanzierungs- und Managementsystems durch ein GIS-gestütztes Tool zur teilflächenspezifischen N-Bilanzierung, (c) die Kopplung beider Systeme und (d) die Praxiserprobung der neuentwickelten Tools.