Technologischer Durchbruch verbessert Düngemitteleffizienz

Jul 26, 2023

Der Einsatz saisonaler Luftbilder und eines sensorbasierten Systems zur Steuerung des Stickstoffbedarfs von Nutzpflanzen hat sich grundlegend verändert.

16. März 2023

Preise und Verfügbarkeit von Düngemitteln sowie Umweltbedenken – insbesondere in Bezug auf Stickstoff und Phosphor – haben Landwirte dazu veranlasst, Pflanzennährstoffe mit einem geizigen Ansatz zu verabreichen. Die Produzenten wollen, dass jeder Tropfen zählt.

Dieses Nährstoffmanagement wird bei bewässertem Mais noch wichtiger. Aber zum Glück wurden in den letzten Jahren neue bahnbrechende Technologien entwickelt, um die Effizienz der Fertigation auf ein bisher nicht gekanntes Niveau zu steigern.

Der Einsatz sensorbasierter Fertigationsmanagementsysteme, wie etwa Sentinel Fertigation mit Sitz in Nebraska, das von Jackson Stansell gegründet wurde, ist heute so weit fortgeschritten, dass einige Produzenten ihren gesamten Stickstoffaustrag tatsächlich um fast die Hälfte reduzieren und dennoch ähnliche Erträge erzielen können.

Angesichts des Preises für Düngemittel ist das eine große Sache, sagt Joe Luck, Präzisionslandwirtschaftsingenieur bei Nebraska Extension. In den letzten vier Jahren der Forschung auf rund 20 Feldern haben die sensorbasierten Systeme, die Stickstoff durch Fertigation mit Mittelzapfen ausbringen, den Stickstoffverbrauch sogar im Vergleich zu Sensoren, die an Maschinen mit hoher Bodenfreiheit montiert sind, die durch die Felder fahren, auf 0,55 bis 0,65 Pfund reduziert N (ausgebracht als Dünger) pro Scheffel produziertem Mais, sagt Luck.

„Es ist nicht unbedingt der variable Zinssatz, der uns dies ermöglicht hat“, sagt Luck. „Es geht um das Timing und die Messung des aktuellen N-Status der Ernte. Wir konzentrieren uns oft auf eine prognostizierte Rate, was in Ordnung ist, aber ich denke, wir haben mehr Vorteile, wenn wir die Dinge besser planen und Sensoren verwenden, weil wir den Bedarf und die Aufnahme der Pflanzen besser aufeinander abstimmen.“

Seit Jahren wissen Forscher, dass die löffelweise Nährstoffzufuhr zur Ernte während der Saison weitaus besser ist als die Gabe von Dünger im Herbst oder zu Beginn der Vegetationsperiode, da nur das ausgebracht wird, was die Pflanze braucht.

Laut Luck nutzt die sensorgestützte Fertigation oder Nährstoffausbringung während der Saison die Pflanze grundsätzlich als Überwachungsinstrument, um den Erzeugern mitzuteilen, wann sie Nährstoffe benötigt. „Wir können jetzt jeden zweiten Tag Luftbilder machen, sodass wir eine Vorstellung davon haben, wie Stickstoffstress aussieht“, bemerkt er.

Der Einsatz von Pflanzen als biologische Sensoren, um dem Betreiber mitzuteilen, wann er Stickstoff zwischen V6 und R3 benötigt, erbrachte im vergangenen Jahr beispielsweise 277 Scheffel Mais pro Acre mit nur 96 Pfund aus gedüngtem N, sagt Luck.

„Die Leute sind schockiert“, sagt er. „Wir haben auf einigen Feldern bis zu 95 US-Dollar pro Hektar gespart“, ohne auf den Ertrag zu verzichten. Jetzt suchen sogar Distrikte für natürliche Ressourcen wie Central Platte NRD nach Möglichkeiten, wie diese Technologie dazu beitragen kann, den Stickstoffverbrauch im Distrikt zu reduzieren und die Grundwasserqualität zu schützen.

Die Forschung, die in der Entwicklung von Sentinel Fertigation gipfelte, läuft seit mehr als 20 Jahren. Frühe Forschungen verwendeten Handsensoren, um den Stickstoffstress für einzelne Pflanzen zu bestimmen, und wurden im Rahmen des sogenannten Projekts SENSE entwickelt.

„Lange Zeit bestand das Hindernis darin, dass diese Methode arbeitsintensiv war“, sagt Luck. „Und es wurden Punktdaten erfasst, sodass die Messwerte je nachdem, welche Maispflanze man maß, ziemlich unterschiedlich ausfielen.“

Doch im Jahr 2018 begannen Forscher, das Puzzleteil der Fernerkundung zu verstehen, indem sie UAV-Sensoren oder Satellitendaten nutzten, die multispektrale Bilder liefern. Mittlerweile gibt es jeden zweiten Tag Flüge über den Corn Belt, die einen echten Durchbruch in der Technologie ermöglicht haben.

Stansell absolvierte 2017 ein Sommerpraktikum an der University of Nebraska und arbeitete an der Steuerung des Stickstoffbedarfs von Nutzpflanzen nach einer Roggen-Zwischenfrucht durch Feldbewertung. Bei der Forschung wurden, wie von Luck erwähnt, handgehaltene Sensoren und auf Drohnen montierte Kameras eingesetzt.

Diese Forschung brachte Stansell die Idee zu seinem Konzept ein. Seine Master-Forschung umfasste die Entwicklung und Validierung eines sensorbasierten Fertigation-Management-Frameworks, das unter maßgeblicher Beteiligung von Brian Krienke, dem ehemaligen Bodenpädagogen von Nebraska Extension, durch Forschung auf dem Bauernhof entwickelt wurde.

Stansells Entwicklung von Software zur Erleichterung der Implementierung führte zur Gründung von Sentinel Fertigation. In jüngerer Zeit hat Taylor Cross, Doktorand an der UNL, die Forschungs- und Demonstrationsstandorte geleitet, die jedes Jahr eine verbesserte N-Nutzungseffizienz und ein höheres Rentabilitätspotenzial gezeigt haben.

Für Luck war die Verbindung zu den Bedürfnissen der Erzeuger ein weiterer wichtiger Bestandteil der Entwicklung dieser Technologie. „Wir haben mit Landwirten durch On-Farm-Forschung zusammengearbeitet“, sagt er. „Wenn wir diese Verbindung zu den Erzeugern nicht gehabt hätten, hätte es nicht funktioniert.“

Wie geht es also mit der Effizienz des Düngemitteleinsatzes weiter? Luck glaubt, dass die Luftbilder, die zur Erkennung von Stickstoffstress und -bedarf der Pflanzen verwendet werden, auch für andere Zwecke als nur für Stickstoff genutzt werden können. Ganz gleich, was die Zukunft bringt, mit diesem neuen Durchbruch in der Stickstoffbewirtschaftung von Bewässerungsmais können Landwirte die Ernte mit gutem Gewissen mit dem Löffel füttern, ohne den Stickstoffbedarf schon vor der Aussaat der Ernte zu erhöhen.

Um mehr zu erfahren, senden Sie eine E-Mail an Luck unter [email protected].

Curt Arens

Herausgeber, Nebraska Farmer

Curt Arens begann bereits in der High School über Nebraskas Bauernfamilien zu schreiben. Bevor er im April 2010 als Feldredakteur zu Farm Progress kam, arbeitete er 27 Jahre lang als freiberuflicher Farmautor, zunächst für Zeitungen und dann für Farmmagazine, darunter Nebraska Farmer.

Seine eigentliche Vollzeitkarriere bestand jedoch im selben Zeitraum darin, das Land seiner Familie in der vierten Generation im Nordosten Nebraskas zu bewirtschaften. Er betrieb auch seine Weihnachtsbaumfarm und baute schwarze Ölsonnenblumen für Wildvogelfutter an. Curt baut weiterhin Mais, Sojabohnen und Luzerne an und betreibt eine Kuh-Kälber-Herde.

Curt und seine Frau Donna haben vier Kinder, Lauren, Taylor, Zachary und Benjamin. Sie sind in ihrer Kirche und der St. Rose School in Crofton aktiv, wo Donna unterrichtet und ihre Kinder den Unterricht besuchen.

Zuvor schrieb der 1986 an der University of Nebraska promovierte Tierwissenschaftler eine wöchentliche Kolumne über das Leben auf dem Land, entwickelte ein Farmradioprogramm und schrieb Bücher über Direktmarketing auf dem Bauernhof und Bauernmärkte. Er erhielt Medienauszeichnungen vom Nebraska Forest Service, dem Center for Rural Affairs und der Northeast Nebraska Experimental Farm Association.

In seinem 2008 erschienenen Buch „Down to Earth: Celebrating a Blessed Life on the Land“ schrieb er über die spirituelle Seite der Landwirtschaft und erhielt dafür einen Preis der Catholic Press Association.

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