Freilandgemüse bedarfsgerecht düngen und 

bewässern

Der Freilandgemüsebau befindet sich in einem Spannungsfeld zwischen einer ökologischen und ökonomischen Umsetzung der Stickstoff (N)-Düngung und der Bewässerung. Die bisherigen Systeme geben entweder Empfehlungen für eine Stickstoff-Düngung oder für die Bewässerung aus. Das Projektziel von GeoSenSys ist die Kopplung der Empfehlungen in einem umfassenden Entscheidungshilfesystem.

GIS-basierte Webanwendung

Entwickelt wird eine benutzerfreundliche Webanwendung, die dem Anwender Empfehlungen sowohl zur Stickstoff-Düngung als auch Bewässerung im Freilandgemüsebau gibt. Die Webanwendung integriert Informationen georeferenzierter Daten, um teilflächenspezifische Handlungsempfehlungen ausgeben zu können.

Echtzeitanalysen durch spektrale Sensoren 

Wie viel Dünger wird benötigt? Verfügt man über die entsprechenden Informationen in der Kultur, fällt eine Entscheidung leicht. Mit Sensoren können diese wichtigen Daten in Echtzeit erfasst und analysiert werden.

Im Projekt wird die Modellkultur Spinat mit Hilfe des ISARIA-Sensors der Firma Fritzmeier Umwelttechnik überwacht. Die Bestandsentwicklung sowie der Stickstoff-Bedarf werden durch spektrale Absorption bzw. Emission gemessen. Diese Informationen fließen in das Entscheidungshilfesystem mit ein.

ISARIA Pro Active © Fritzmeier Umwelttechnik GmbH & Co. KGKG

Bewässerungsmodell

Neben der Düngung ist auch die bedarfsgerechte Bewässerung ein entscheidender Faktor im Freilandgemüsebau. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuronalen Netzes zur Bewässerungssteuerung (Artificial Neuronal Network for Irrigation; ANNI). Dazu dienen zum einen die erfassten Sensordaten und zum anderen gemessene Boden-, Pflanzen- und Umweltparameter an georeferenzierten Flächen.

Kopplung

Um die Kopplung von Bewässerungs- und Stickstoff-Düngungsentscheidungen zu ermöglichen, wird ein Stickstoff-Mineralisierungsmodell entwickelt und mit dem Bewässerungsmodell verknüpft.

Praxis

Die Freilandversuche finden am DLR Rheinpfalz in Schifferstadt statt. In Praxisbetrieben wird abschließend die praktische Funktionalität überprüft sowie gegenüber Referenzsystemen im großflächigen Anbau verglichen.

Im dritten Projektjahr: Wo steht GeoSenSys?

Wir haben Prof. Jana Zinkernagel gefragt, wie sie im Projekt GeoSenSys voran kommen, was sie schon geschafft haben und woran bis zum Projektende noch gearbeitet wird. Ihre Antworten im Überblick:

• Das Bewässerungsmodell ANNI (Artificial Neural Network for Irrigation) und das Stickstoffdüngermodell funktionieren auf Modellebene und werden derzeit im Rahmen des Proof of Concept in der Gemüsebaupraxis getestet
• Die Vegetationsindices für Pflanzenversorgungszustand und Entwicklungsstatus sind ermittelt und fließen in ANNI
• Weboberfläche von GeoSenSys ist für die erste Anwendung in Praxisphase vereinfacht worden. Die Ausgabe der Modellrechnungen in Form von Diagrammen wird im laufenden Düngungs- und Bewässerungsbetrieb geprüft und angepasst

Und was steht noch an?

• Die wissenschaftliche Verifizierung des modellierten Wasserbedarfs erfolgt noch durch die Messung der aktuellen Evapotranspiration mittels Eddy-Kovarianz-Analysen
• Die Webanwendung und Validierung der Düngungs- und Bewässerungsempfehlungen muss dann finalisiert werden

Geophilus-System bei Überfahrt der Flächen für die Praxisphase

Veröffentlichungen

Rubo, Samantha; Zinkernagel, Jana (2022) Exploring hyperspectral reflectance indices for the estimation of water and nitrogen status of spinach. Biosystems Engineering 214: 58-71, https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2021.12.008