Theralytic-Sensoren helfen Landwirten bei der Steuerung der Düngemittelausbringung.

Intelligente Sensortechnologie, die Landwirten helfen soll, Düngemittel effizienter einzusetzen und Umweltschäden zu reduzieren.
Die in der Fachzeitschrift „Natural Foods“ beschriebene Technologie hilft Landwirten, den optimalen Zeitpunkt und die benötigte Düngermenge für ihre Nutzpflanzen zu bestimmen und dabei Faktoren wie Wetter und Bodenbeschaffenheit zu berücksichtigen. Dadurch wird eine kostspielige und umweltschädliche Überdüngung der Böden reduziert, die das Treibhausgas Lachgas freisetzt und Böden und Gewässer verschmutzt.
Heute sind durch Überdüngung 12 % der einst ackerbaulich nutzbaren Flächen der Welt unbrauchbar geworden, und der Einsatz von Stickstoffdüngern hat sich in den letzten 50 Jahren um 600 % erhöht.
Allerdings ist es für Pflanzenproduzenten schwierig, den Düngemitteleinsatz genau zu regulieren: Bei zu viel Düngemitteleinsatz riskieren sie eine Schädigung der Umwelt, bei zu wenig Düngemitteleinsatz riskieren sie geringere Erträge;
Forscher, die an der neuen Sensortechnologie arbeiten, sagen, dass sie sowohl der Umwelt als auch den Produzenten zugutekommen könnte.
Der Sensor, ein sogenannter papierbasierter, chemisch funktionalisierter elektrischer Gassensor (chemPEGS), misst den Ammoniumgehalt im Boden. Ammonium wird von Bodenbakterien in Nitrit und Nitrat umgewandelt. Er nutzt maschinelles Lernen, eine Form künstlicher Intelligenz, und kombiniert diese mit Wetterdaten, dem Zeitpunkt der letzten Düngung sowie Messungen des pH-Werts und der Leitfähigkeit des Bodens. Anhand dieser Daten prognostiziert er den aktuellen Gesamtstickstoffgehalt des Bodens und dessen Entwicklung in zwölf Tagen, um den optimalen Düngezeitpunkt zu bestimmen.
Die Studie zeigt, wie diese neue, kostengünstige Lösung Landwirten helfen kann, mit minimalem Düngemitteleinsatz maximalen Nutzen zu erzielen, insbesondere bei düngeintensiven Kulturen wie Weizen. Diese Technologie könnte gleichzeitig die Kosten für die Landwirte und die Umweltbelastung durch Stickstoffdünger, die am häufigsten verwendete Düngemittelart, reduzieren.
Der leitende Forscher Dr. Max Greer vom Department für Bioingenieurwesen am Imperial College London erklärte: „Die Problematik der Überdüngung ist sowohl aus ökologischer als auch aus ökonomischer Sicht von immenser Bedeutung. Produktivität und damit verbundene Einkommen sinken Jahr für Jahr, und die Hersteller verfügen derzeit nicht über die notwendigen Instrumente, um dieses Problem anzugehen.“
„Unsere Technologie kann zur Lösung dieses Problems beitragen, indem sie Landwirten hilft, den aktuellen Ammoniak- und Nitratgehalt im Boden zu verstehen und zukünftige Werte auf Grundlage der Wetterbedingungen vorherzusagen. Dies ermöglicht es ihnen, ihre Düngung optimal auf die spezifischen Bedürfnisse ihres Bodens und ihrer Kulturpflanzen abzustimmen.“
Überschüssiger Stickstoffdünger setzt Lachgas (Distickstoffmonoxid) frei, ein Treibhausgas, das 300-mal wirksamer ist als Kohlendioxid und zur Klimakrise beiträgt. Zudem kann überschüssiger Dünger durch Regenwasser in Gewässer gespült werden, wodurch Wasserlebewesen Sauerstoff verlieren, Algenblüten entstehen und die Artenvielfalt abnimmt.
Die präzise Anpassung der Düngermenge an die Bedürfnisse von Boden und Pflanzen bleibt jedoch eine Herausforderung. Bodenanalysen sind selten, und die gängigen Methoden zur Messung des Stickstoffgehalts im Boden erfordern das Einsenden von Bodenproben an ein Labor – ein langwieriges und kostspieliges Verfahren, dessen Ergebnisse zum Zeitpunkt der Übermittlung an die Landwirte nur bedingt aussagekräftig sind.
Dr. Firat Guder, Hauptautor und leitender Forscher am Department für Bioingenieurwesen des Imperial College London, erklärte: „Der Großteil unserer Nahrungsmittel stammt aus dem Boden – er ist eine nicht erneuerbare Ressource, und wenn wir ihn nicht schützen, werden wir ihn verlieren. Hinzu kommt die Stickstoffbelastung durch die Landwirtschaft, die ein Dilemma für unseren Planeten darstellt. Wir hoffen, mit Präzisionslandwirtschaft zu einer Lösung beitragen zu können, indem wir die Überdüngung reduzieren und gleichzeitig die Ernteerträge und die Gewinne der Landwirte steigern.“