Weiterentwicklung und Praxiserprobung digitaler Humus- und Nährstoff-Managementsysteme in Zukunftsbetrieben zum Klimaschutz
Ziel des Projektes ist die Weiterentwicklung und Praxiserprobung digitaler Humus- und Nährstoffmanagementsysteme in vier Zukunftsbetrieben, die mit zwanzig Landwirtschaftsbetrieben in vier Boden-Klimaräumen zusammenarbeiten. Sie bilden ein Netzwerk, in dem digitale Systeme erforscht und weiterentwickelt, validiert und unter Praxisbedingungen getestet werden. Die Betriebe sind zugleich Demonstrationsbetriebe, in denen neue digitale Systeme der landwirtschaftlichen Praxis vorgestellt werden, um einen schnellen Wissenstransfer zu unterstützen
Gesamtziel des Vorhabens
Das Forschungsvorhaben soll dazu beitragen, die Stickstoffeffizienz im Pflanzenbau zu erhöhen, Nitratverluste und Lachgasemissionen wirksam zu reduzieren, Bodenkohlenstoffvorräte durch Humusaufbau zu erhöhen sowie die Ertragsfähigkeit der Böden langfristig zu erhalten. Die Klimawirkungen des teilflächenspezifischen digitalen Managements werden durch Messung und Bilanzierung von Treibhausgasflüssen analysiert. Die Weiterentwicklung der digitalen Systeme ist auf (a) die wissenschaftliche Fundierung der Systeme (Ableitung von Algorithmen, Validierung, Fehleranalyse, Sensitivitätsanalyse), (b) die Adaption an Boden- und Klimabedingungen, (c) die Anpassung an Bewirtschaftungsbedingungen (ökologischer Landbau, unterschiedliche Fruchtarten und Fruchtfolgen), sowie (d) eine hohe Praxistauglichkeit und leichte Anwendbarkeit ausgerichtet. Das geplante Forschungsvorhaben nimmt direkt Bezug auf die förderpolitischen Ziele wie die Weiterentwicklung und Praxiserprobung digitaler Humus- und Nährstoffmanagementsysteme, die gleichermaßen in ökologischen und konventionellen Betrieben zur Treibhausgasminderung einsetzbar sind. Zudem ist ein Schwerpunkt die Identifizierung von Treibhausgasminderungspotenzialen und Akzeptanz von Maßnahmen zum Klimaschutz mit digitalen Innovationen.
Forschungsfragen und Innovationen
Eine grundlegende Innovation des Projektes besteht in der Verknüpfung räumlich hochauflösender Bodendaten, Management- und Prozessdaten (Mähdrescher-Ertragserfassungssysteme), Sensordaten (multispektrale Sensoren) und Satellitendaten in Managementsystemen zur Analyse der Ertragspotenziale, der Humus- und Nährstoffversorgung, der Auswaschungsgefährdung und der Treibhausgasemissionen von Acker- und Grünlandflächen.
Im Projekt geht es um die Lösung noch vorhandener technischer Probleme der digitalen Nährstoffmanagementsysteme, die Sicherung eines effizienten Datenaustauschs sowie die Verbesserung der Aussagegenauigkeit, der Robustheit und Praxistauglichkeit der Systeme. Durch die aktive Beteiligung von Landwirten, Beratern und des Maschinenrings sollen die Anwendbarkeit und Akzeptanz der digitalen Systeme deutlich verbessert und damit Voraussetzungen für den verstärkten Praxiseinsatz geschaffen werden.
Eine der größten Herausforderungen und Innovationen im Projekt ist die Entwicklung eines Moduls zur satellitengestützten Ertragsanalyse als Grundlage des Einsatzes von Precision Farming-Technologien. Eine weitere Innovation besteht in der Analyse der räumlichen Variabilität der Humus- und Bodenkohlenstoffgehalte auf heterogenen Ackerflächen in Beziehung zur Ertragsbildung, der Stickstoffeffizienz und dem Nitrataustragsrisiko unter Nutzung neuer digitaler Technologien (z.B. Bodenanalyse mit dem digitalen System VERIS P4000). Digitale Systeme erlauben gegenüber der Bodenprobenahme und Laboranalyse eine höhere Beprobungsdichte (mehr Messstellen pro Schlag), wodurch die Analysegenauigkeit erhöht werden kann.
HSWT - Software-Entwicklung und KI
Die HSWT ist beteiligt bei der Entwicklung von Algorithmen zur Ermittlung des Biomasseertragspotenzials von Fruchtfolgen, des Ertragspotenzials von Fruchtarten (z.B. Winterweizen) und der Stickstoffaufnahme von Pflanzenbeständen auf der Grundlage von Satellitendaten. Diese werden unter Anwendung von Methoden der Mustererkennung und der künstlichen Intelligenz erarbeitet. Weiterhin soll an der HSWT eine prototypische Software für die automatisierte Erstellung von Ertragskarten und Managementzonen entwickelt werden. Mit der Software soll es möglich sein, sehr effizient und präzise teilflächenspezifische Ertragskarten und Managementzonen zu erstellen. Die Software beinhaltet eine Schnittstelle, mit der die Ertragsdaten an die Systeme webBESyD und Web-Man übergeben werden können, um teilflächenspezifische Humus- und Nährstoffbilanzen zu berechnen. Perspektivisch sind diese Daten für die teilflächenspezifische N-Düngebedarfsermittlung nutzbar.
