Webbasiertes Nährstoffmanagement im ökologischen Landbau (WebMan)

Projektziel ist die Entwicklung und Praxiserprobung eines webbasierten Nährstoffmanagementsystems für den ökologischen Landbau. Dieses dient dazu,

• den Nährstoff-und Düngebedarf landwirtschaftlicher Kulturarten zu ermitteln,
• den Nährstoffanfall in der Tierhaltung und in Biogasanlagen zu berechnen,
• inner- und überbetriebliche Nährstoffkreisläufe zu analysieren und
• Handlungsempfehlungen zur optimalen Düngung und Fruchtfolgegestaltung im landwirtschaftlichen Betrieb zu geben.

Auf der Grundlage einer fruchtarten-, ertrags- und qualitätsbezogenen Düngebedarfsermittlung werden unter Beachtung betrieblich verfügbarer Düngermengen Handlungsempfehlungen zu Düngermenge und -qualität, Düngetermin und Staffelung von Düngergaben gegeben. Die Ableitung und Visualisierung der Handlungsempfehlungen erfolgt mit Entscheidungsbäumen, um eine hohe Transparenz der Düngeempfehlungen zu gewährleisten. Das Nährstoffmanagementsystem wird mit dem Fruchtfolgeplanungsinstrument ROTOR vernetzt (Harmonisierung der Humus- und Nährstoffbilanzparameter und -algorithmen, Schnittstellen zum Datentransfer), um beide Instrumente gemeinsam in Ökobetrieben anwenden zu können. ROTOR ergänzt mit Aussagen zur Fruchtfolgeplanung und -optimierung (Integration von Leguminosen und symbiotischer N₂-Fixierung in Fruchtfolgen) das Nährstoffmanagementsystem.

Ein grundlegendes Arbeitsziel des Vorhabens ist die Erarbeitung eines Düngungskonzepts für den ökologischen Landbau unter Beteiligung aller Projektpartner, externer Fachexpert:innen sowie von Ökolandwirt:innen und Berater:innen. Die Prinzipien des ökologischen Landbaus, die relevanten Verordnungen und Anbaurichtlinien werden bei der Konzepterarbeitung berücksichtigt.

Das Konzept umfasst Strategien zur Nährstoffversorgung sowie allgemeine Regeln zur Düngung, die den Rahmen bilden für die Düngeplanung, die Ableitung standort- und bewirtschaftungsspezifischer Handlungsempfehlungen sowie die Gestaltung von Nährstoffkreisläufen. Das Konzept soll in einem neuentwickelten webbasierten Nährstoffmanagementsystem softwaretechnisch umgesetzt werden. Durch die Festlegung des Rahmens wird gewährleistet, dass in der Software alle Komponenten nach gleichen Grundprinzipien arbeiten.

Ein Schwerpunkt des Projektes ist die Entwicklung eines Moduls zur Düngebedarfsermittlung, das in das webbasierte Nährstoffmanagementsystem eingebunden wird. Hierzu werden ein Modellkonzept, Modellparameter und Algorithmen erarbeitet und für die Softwareentwicklung spezifiziert. Die Ableitung erfolgt auf Grundlage des PC-Programms BESyD, von Versuchsdaten und der Literatur. Erstmalig wird ein Modell zur Ermittlung des Stickstoffbedarfes im ökologischen Landbau für Winterweizen und weitere Getreidearten für die Boden-Klima-Bedingungen in Sachsen, Bayern und Brandenburg entwickelt. Bei der Modellentwicklung wird auf eine Übertragbarkeit auf andere Fruchtarten und Standortbedingungen geachtet.

In die Bedarfsermittlung gehen ein:

• Standortbedingungen (z.B. Boden, Klima)
• Zielertrag
• Produktqualität (z.B. Rohproteingehalt)
• Fruchtfolge (Vorfrucht, N₂-Fixierleistung, N-Transfer in der Fruchtfolge)

Es werden mehrere Workshops zur Stickstoffdüngeplanung durchgeführt, um externe Fachexpert:innen in die Modellentwicklung einzubeziehen. Zur Analyse betrieblicher und überbetrieblicher Nährstoffkreisläufe wird ausgehend von vorhandenen Methoden und Bewertungsansätzen (Modell REPRO ) ein neues Modul in der Software entwickelt. Hierzu werden für den Ökolandbau zutreffende Parameter (z.B. Nährstoffgehalte) und Algorithmen (z.B. Berechnung der N₂-Fixierleistung) präzisiert und mit den Kooperationspartnern abgestimmt. Neben den Stoffflüssen im System 'Boden – Pflanze – Tier' sollen mit dem neuen Modul auch Stoffflüsse zu Biogasanlagen und überbetriebliche Nährstoffflüsse (regionaler Einsatz von Biogutkompost, Futter-Mist-Kooperationen) bilanziert werden. Als methodische Grundlagen werden vorhandene Bilanzierungsansätze zur Milchviehhaltung und zu Biogasanlagen integriert.

Das Verbundprojekt wird in Zusammenarbeit folgender Partner durchgeführt:

• Koordinator: Technische Universität München (TUM), Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme
• Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG), Abteilung Landwirtschaft,
• Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF), Programmbereich 2 „Landnutzung und Governance", AG „Ressourceneffiziente Anbausysteme"
• Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTW), Fakultät Landbau/Umwelt/Chemie, Fachgebiet Ökologischer Landbau,
• Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT), Fakultät Bioingenieurwissenschaften

Die HSWT ist neben der Mitarbeit am Gesamtkonzept vor allem bei der Softwareentwick­lung, Programmierung und Umsetzung der erarbeiteten methodischen Grundlagen (Düngebe­darfsermittlung, Nährstoffkreisläufe) in die Module des webbasierten Nährstoffmanagementsys­tems beteiligt. Außerdem ist die HSWT für die Identifizierung und Umsetzung von algorith­mischen Lösungen zur Erfassung und Nutzung von Expertenwissen innerhalb des webbasier­ten Nährstoffmanagementsystems mit verantwortlich. Dabei sollen Techniken zur Erfassung und Nutzung von Expertenwissen umgesetzt werden, die sich auf wissensbasierte Methoden der Informatik wie z.B. Entscheidungsbäume oder regelbasierte Systeme stützen.

Die Förderung des Vorhabens erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Die Projektträgerschaft erfolgt über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) im Rahmen des Bundesprogramm Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft (BÖLN).