Nutzung von Smartphones zur spektralphotometrischen Vor-Ort-Bestimmung des Mineralstickstoffs im Boden (Nmin) als Basis einer optimierten Stickstoffdüngung im intensiven Feldgemüsebau

Hintergrund

Der aktuelle Nitratbericht der Bundesregierung zeigt unter anderem in Gebieten mit intensivem Feldgemüseanbau bzw. Sonderkulturen wie Erdbeeren und Spargel eine fortgesetzt hohe Nitratbelastung des Grund- und Trinkwassers. Die Gemüseproduzenten stehen hier vor einem nur schwer lösbaren Zielkonflikt. Zum einen ist eine intensive Stickstoffdüngung notwendig, um die vom Markt geforderten qualitativ und quantitativ hohen Erträge zu erzielen. Gleichzeitig steigt dadurch aber die Gefahr einer übermäßigen Nitratauswaschung in das Grund- und Trinkwasser stark an. Eine Lösung bietet das bereits in den 1980ern entwickelte "Kulturbegleitende Nmin-Sollwert (KNS)-System" an. Ein wesentliches Hemmnis für den breiten Einsatz in der Praxis ist allerdings der zentrale Baustein des Systems: die laufende Messung des Mineralstickstoffs (Nmin) im Boden. Die etablierte Labormethode ist zu zeitintensiv und zu teuer und Schnelltests sind unter anderem auf Grund der mangelnden Genauigkeit ebenfalls keine Alternative.

Ziel und Ansatz

Hier setzt das geplante Forschungsvorhaben an. Es soll ein Gesamtsystem entwickelt werden, mit dem der Nmin-Wert vom Anbauer selbst einfach und genau vor Ort analysiert und der Messwert direkt in eine Düngeempfehlung umgesetzt werden kann. Kernstück des Systems ist die photometrische Nmin-Bestimmung, wobei Smartphones als Spektrometer dienen sollen. Hierzu wird eine Messküvette entwickelt, die auf die Kamera des Smartphones aufgesetzt wird. Über eine App wird das aufgenommene Bild ausgewertet und der ermittelte Messwert in eine Düngeempfehlung umgesetzt. Zusätzlich zur Endbestimmung müssen für eine praktikable Vor-Ort-Analytik auch Werkzeuge für die Probenahme und Probenaufbereitung entwickelt werden. Konzeptionelle Fragen werden dabei von beiden Verbundpartnern gemeinsam bearbeitet. Die STEP Systems GmbH übernimmt zusätzlich die Entwicklung und den Bau der Prototypen aller Komponenten, während die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) für die Klärung grundlegender technologischer Fragen sowie für die Prüfung der Prototypen und die Programmierung der Auswerte- und Dünge-App verantwortlich ist.

Die letzliche Zielsetzung des Projekts ist es, praxistaugliche Prototypen aller Komponenten zu entwickeln (Messküvette, Werkzeuge für die Probenahme und Probenaufbereitung). Diese werden von der STEP Systems GmbH bis zur Marktreife weiterentwickelt und vertrieben. Die von der HSWT entwickelte App soll unter GPL veröffentlicht werden und somit als Basis für weitere Entwicklungen in diesem Bereich dienen.


Projektleitung

Prof. Dr. Elke Meinken (Koordination)
T +49 8161 71-3658
elke.meinken [at]hswt.de

Projektbearbeitung



Projektmitwirkung extern

Harald Braungardt
Step Systems GmbH

Projektdauer

17.06.2019 - 16.06.2022

Projektpartner

Projektförderung