Intelligente Sensortechnologie, die Landwirten dabei hilft, Düngemittel effizienter einzusetzen und Umweltschäden zu reduzieren.
Die im Magazin „Natural Foods“ beschriebene Technologie kann Landwirten dabei helfen, den optimalen Zeitpunkt für die Düngung ihrer Pflanzen und die benötigte Düngermenge unter Berücksichtigung von Faktoren wie Wetter und Bodenbeschaffenheit zu bestimmen. Dies reduziert die kostspielige und umweltschädliche Überdüngung von Böden, die das Treibhausgas Lachgas freisetzt und Böden und Gewässer verschmutzt.
Heute sind 12 % der einstmals bebaubaren Flächen weltweit durch Überdüngung unbrauchbar geworden und der Einsatz von Stickstoffdüngern hat in den letzten 50 Jahren um 600 % zugenommen.
Allerdings ist es für die Pflanzenproduzenten schwierig, ihren Düngemitteleinsatz genau zu regulieren: Wenn sie zu viel Düngemittel verwenden, riskieren sie, die Umwelt zu schädigen, und wenn sie zu wenig Düngemittel verwenden, riskieren sie geringere Erträge.
Forscher der neuen Sensortechnologie sagen, dass sie sowohl der Umwelt als auch den Herstellern zugute kommen könnte.
Der Sensor, ein papierbasierter, chemisch funktionalisierter elektrischer Gassensor (chemPEGS), misst die Menge an Ammonium im Boden, einer Verbindung, die von Bodenbakterien in Nitrit und Nitrat umgewandelt wird. Er nutzt eine Art künstlicher Intelligenz namens maschinelles Lernen und kombiniert diese mit Daten zu Wetter, der Zeit seit der Düngung sowie Messungen des pH-Werts und der Leitfähigkeit des Bodens. Anhand dieser Daten berechnet er den Gesamtstickstoffgehalt des Bodens aktuell und in zwölf Tagen, um den besten Zeitpunkt für die Düngung vorherzusagen.
Die Studie zeigt, wie diese neue, kostengünstige Lösung den Erzeugern helfen kann, mit möglichst wenig Dünger den größtmöglichen Nutzen zu erzielen, insbesondere bei düngeintensiven Kulturen wie Weizen. Diese Technologie könnte gleichzeitig die Kosten der Erzeuger und die Umweltbelastung durch Stickstoffdünger, den am häufigsten verwendeten Düngemitteltyp, senken.
Der leitende Forscher Dr. Max Greer vom Department of Bioengineering am Imperial College London sagte: „Das Problem der Überdüngung kann sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht nicht genug betont werden. Die Produktivität und die damit verbundenen Einnahmen sinken Jahr für Jahr, und den Herstellern fehlen derzeit die nötigen Mittel, um dieses Problem zu lösen.“
„Unsere Technologie kann zur Lösung dieses Problems beitragen, indem sie Landwirten hilft, die aktuellen Ammoniak- und Nitratwerte im Boden zu verstehen und zukünftige Werte anhand der Wetterbedingungen vorherzusagen. So können sie ihre Düngemittelanwendung genau auf die spezifischen Bedürfnisse ihres Bodens und ihrer Pflanzen abstimmen.“
Überschüssiger Stickstoffdünger setzt Lachgas in die Luft frei, ein Treibhausgas, das 300-mal stärker ist als Kohlendioxid und zur Klimakrise beiträgt. Überschüssiger Dünger kann auch durch Regenwasser in Gewässer gespült werden, wodurch Wasserlebewesen Sauerstoff entzogen wird, Algenblüten entstehen und die Artenvielfalt verringert wird.
Die genaue Anpassung der Düngemittelmenge an den Bedarf von Boden und Pflanzen bleibt jedoch eine Herausforderung. Tests sind selten, und die derzeitigen Methoden zur Messung von Stickstoff im Boden erfordern den Versand von Bodenproben an ein Labor – ein langwieriger und teurer Prozess, dessen Ergebnisse bei den Landwirten nur von begrenztem Nutzen sind.
Dr. Firat Guder, leitender Autor und Forscher in der Abteilung für Bioingenieurwesen des Imperial College, sagte: „Der Großteil unserer Nahrungsmittel stammt aus dem Boden – er ist eine nicht erneuerbare Ressource, und wenn wir ihn nicht schützen, werden wir ihn verlieren. In Kombination mit der Stickstoffverschmutzung durch die Landwirtschaft entsteht ein Problem für den Planeten, das wir durch Präzisionslandwirtschaft lösen möchten. Wir hoffen, dass dies dazu beiträgt, die Überdüngung zu reduzieren und gleichzeitig die Ernteerträge und Gewinne der Landwirte zu steigern.“
Veröffentlichungszeit: 20. Mai 2024