Nährstoffmessungen können für Düngerapplikationen von Silageproben oder sonstigem Erntegut während des Erntevorgangs durchgeführt werden.
Die Nährstoffmessung ist ein zentraler Bestandteil moderner Landwirtschaft.
Im Folgenden wird auf den Nutzen von Nährstoffmessungen eingegangen, die Auswirkungen der Überdüngung beschrieben, sowie Methoden der Nährstoffmessung und deren Rechtsgrundlagen dargestellt.
Zum Schutz der natürlichen Ressourcen besteht für Landwirte eine Vorsorgepflicht. Schwerpunkte bilden dabei der Boden- und Gewässerschutz. Im Gewässerschutz sind zum Beispiel Maßnahmen gegen erhöhte Nitratwerte, vor allem in „roten Gebieten“ bzw. von erhöhten Phosphatwerten in "gelben Gebieten” gefordert [1].
Nährstoffe und Spurenelemente sind dennoch Bestandteil einer gesunden Pflanzenentwicklung, um dem Bedarf hoher Erträge gerecht zu werden [2]. Durch die Intensivierung der Landwirtschaft und dem Ertragsdruck auf den Landwirten, um ökonomisch zu wirtschaften, werden mehr Nährstoffe entzogen und somit Humus abgebaut. Um diesem Prozess entgegen zu wirken, müssen wiederum Dünger ausgebracht werden, um eine gesunde Pflanzenentwicklung zu ermöglichen.
Grundsätzlich werden organische und mineralische Dünger unterschieden [2]:
Wird Stickstoff als Dünger appliziert, gilt es auch andere Makronährstoffe bedarfsgerecht auszubringen. Aufgrund der in der landwirtschaftlichen Praxis empfohlenen Beprobungsraster von 3 bis 5 ha, wird die kleinräumige Variabilität nicht erfasst und resultiert in unangepasster Düngung [3]. Dem kann mit technischen Nährstoffmessverfahren entgegengewirkt werden und dem Schlag bedarfsorientiert Nährstoff zugeführt werden.
Nährstoffnachlieferung in Form von Düngern ist notwendig zur Aufrechterhaltung landwirtschaftlicher Produktion. Weil das Pflanzenwachstum von der am wenigsten zur Verfügung stehenden Ressource limitiert ist (Minimumgesetz von Justus v. Liebig), sind Düngungen aller notwendigen Nährstoffe notwendig [4].
Neben der Ertragssteigerung sind mit unsachgemäßer Düngung, weil beispielsweise nicht gemessen wird, auch Umweltbelastungen einhergehend [4]. So kommt es, dass Nitrat (NO3-), Ammonium (NH4+) und Phosphate (PO43-) über diffuse Eintragspfade wie Erosion oder Abschwemmung in Oberflächengewässer gelangen. Diese führen nicht selten zu Eutrophierung und starken Algenwachstum in angrenzenden Gewässern [4]. Diese sterben später ab und sinken auf den Grund, wo sie aereob abgebaut werden. Bodennah entstehen dann sauerstofffreie Zonen, die keine Gewässerflora und -fauna zulassen [4]. Als Beispiel kann hier die unterschiedlich starke Reaktion, in Abhängigkeit ihres Entwicklungsstadiums, von Amphibien auf Dünger genannt werden. So kommt es bei adulten Individuen, die in Kontakt mit Düngergranulaten kommen, zu Verätzungen. Ein mögliches Aussterben von Populationen ist die Folge [5].
Abbau –und Umsetzungsprozesse kommen auch im Boden vor. Eine hohe Stickstoffdüngung ist oft mit dem Ausstoß von Lachgas (N2O) verbunden und ist neben Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) ein schädliches Treibhausgas (THG bzw. GHG) [4].
Zur Vermeidung solcher Folgen ist eine angepasste Düngung notwendig, die sich am Standort, den Feldfrüchten und der Jahreszeit orientiert. Grundlage für eine angepasste Düngung sind verschiedene Messmethoden [4].
Zur teilflächenspezifischen Bewirtschaftung tragen elektronische Systeme einen immer größeren Teil bei. Häufig sind es Sensoren, die Landwirte bei der Betriebsführung ihrer Schläge unterstützen [6].
Folgende Anforderungen sollten Sensoren berücksichtigen [7]:
Die Daten, die von den Sensoren aufgenommen werden, können dann für weitere Zwecke verarbeitet werden. Beispielsweise können über solche Sensordaten die Applikationsmengen bei Gülleapplikationen angepasst werden [6].
Anschließend werden beispielhaft einige Sensoren hinsichtlich ihres Messziels und der Technik genannt [6] (Tab. 1):
Tab. 1: Überblick zu Sensortechniken
| Hersteller | Ziel | Sensortechnik |
| Crop-Meter | Applikationsmengen Anpassung (N-Dünger, Halbstabilisatoren, Fungizide) an Bestand | Mech. Pendelsensor |
| Yara N-Sensor | Applikationsmengen Anpassung (N-Dünger, Halbstabilisatoren, Fungizide) an Bestand & Chlorophyllgehalt | Reflexionsmessung Spektrometer |
| CROP-Sensor | Applikationsmengen Anpassung (N-Dünger, Halbstabilisatoren, Fungizide) anhand Regelkurve | LED Reflexion mittels Spektrometer |
| ISARIA | Applikationsmengen Anpassung (N-Dünger, Halbstabilisatoren, Fungizide) an N-Versorgung & Ertragspotential | Spektrometer |
| WeedSeeker | Applikationsmengen Anpassung (Herbizide) | Optischer Sensor & Bildauswertung |
| HarvestLab | Inhaltsstoffmessung (Feuchte, Erträge) | Nahinfrarotsensor (NIRS) |
Neben dem hier dargestellten Sensoransatz, gibt es noch den klassischen Kartenansatz und den Sensoransatz mit Kartenüberlagerung [8]. Die dominierenden Verfahren sind opto-elektronische Verfahren mit Reflexionsmessungen im roten und nahinfrarot (NIR) Bereich [8]. Mit der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ist ein Messverfahren verfügbar, mit der eine Messung der Nährstoffe in Gülle möglich ist [9].
Folgende Grundlagen zur Düngerthematik gilt es zu berücksichtigen (Tab. 2):
Tab. 2: Rechtgrundlagen zu Nährstoffmengen und Düngern
| Gesetz oder Verordnung | Inhalt |
| Düngegesetz (DüG) | Herstellung, Inverkehrbringen und Anwendung von Düngemitteln, Bodenhilfsstoffen, Pflanzenhilfsmitteln und Kultursubstraten |
| Düngemittelverordnung (DüMV) | Anforderungen für das Inverkehrbringen von Düngemitteln |
| Düngeverordnung (DüV) | Anwendungskriterien zur Verordnung über die „gute fachliche Praxis“ |
| Nitratrichtlinie (EG 91/676/EWG) | Richtlinie zu Nitratbelastungen |
| Verbringungsordnung | Regelung zum Inverkehrbringens, Beförderns und der Übernahme von Wirtschaftsdüngern |
Neben den Hauptregelungen zu Düngemitteln, existieren auch übergreifende oder zusammenwirkende Richtlinien. Zum einen werden Schwermetalleinträge sowohl in der Düngemittelverordnung (DüMV), als auch im Abfallrecht (BioAbfv, AbfKlärV) behandelt. Die Bundesbodenschutzverordnung (BBodSchV) und die Trinkwasserverordnung (TrinkWV) enthalten Vorgaben zu Grenzwerten von Schwermetallen und Schadstoffen [2].
Nährstoffmessungen sind in erster Linie, unabhängig von der Methode dazu da, eine Überdüngung des Schlages zu vermeiden. Vorteilhaft ist dabei, dass nur so viel Dünger appliziert wird, wie der Bestand aufnehmen kann. Man spricht von einer bedarfsgerechten Düngung. So werden keine übrig gebliebenen Nährstoffe in den Bodenkapillaren ins Grundwasser oder andere Vorfluter gespült. Das schützt Natur und Umwelt und schont Ressourcen durch Einsparung.
Die Ermittlung des Nährstoffgehalts ist durch die händische Berechnung sehr exakt, jedoch aufwändig. Daher ist die Entwicklung von sensorgestützter Technik, die innerhalb von Sekunden die Gärrestmenge ermittelt und angepasst daran appliziert, umso wichtiger. Wie die Untersuchungen von Bökle et al. (2020) zeigen, sind diese sehr genau [1]. Gleichzeitig hat der NIR-Sensor noch die Möglichkeit die Verteilung auf dem Schlag kontrollierter abzuwickeln oder eben auch einzelne Teilstücke nährstofftechnisch aufzubessern [1]. Im Hinblick auf die Gesamt-N-Dokumentation ergeben sich noch Schwierigkeiten, welche an der Kalibration der Sensoren liegen können [1]. Der NIR-Sensor erzielte für flüssige Dünger bessere Ergebnisse [1]. Eine Problematik die dazu führt, dass unter dieser Voraussetzung zu viel Dünger appliziert wird.
Die Vorteile der Nährstoffmessung beschränken sich nicht nur auf die Anwendung auf dem Acker, sondern auch der Kontrolle des Futters. Es handelt sich um eine weiterführende Analyse. So sind mobile Scanner in Kombination mit Smartphone-Anwendung geeignet den Nährstoffgehalt von Futtermitteln direkt vor der Fütterung schnell und einfach zu analysieren [10]. Entscheidungen zur Art des Futters und der Menge fallen dem Landwirt leicht. Gleichzeitig sieht er auch, welchen Nährwertverlust das Futtermittel vom Acker zum Trog hat.
Der Vorteil mobiler Systeme zeigt sich ganz klar. Schnelle und einfache Analysen des Bodens, an jeder gewünschten Stelle ohne voriges Einsenden einer Bodenprobe [11]. Eine einmalige Anschaffung kann Kosten sparen und Erträge steigern und den Boden schonen [11].
Michael Wagner, Technische Zentralstelle Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinhessen-Nahe-Hunsrück (TZ DLR-RNH)