ADVENT – Präzise, teilflächenspezifische Stickstoffdüngung im Winterweizen durch Fernerkundung und modellgestützte Algorithmen 

Wie lässt sich Düngemitteleinsatz effizienter gestalten und gleichzeitig das Klima schützen? Das Verbundprojekt ADVENT verfolgt das Ziel, die Stickstoffnutzungseffizienz im Winterweizenanbau zu erhöhen – und damit einen Beitrag zum Klima- und Grundwasserschutz zu leisten. Grundlage ist die Entwicklung und Anwendung standortspezifischer Düngungsstrategien, die Unterschiede im Ertragspotenzial und in der Stickstoffnachlieferung auf Ebene einzelner Feldbereiche berücksichtigen.

Der Stickstoffbedarf von Winterweizen variiert nicht nur standortspezifisch und von Jahr zu Jahr, sondern auch innerhalb einzelner Betriebsflächen. Diese Unterschiede ergeben sich durch verschiedene Ertragspotenziale und die variable Nachlieferung von Stickstoff aus dem Boden. Moderne technologische Innovationen bieten der Landwirtschaft inzwischen Sensoren, die kleinräumige Unterschiede im Boden und in der Bestandsentwicklung kartieren können. Unklar ist jedoch zum einen die Qualität der gewonnenen Daten, zum anderen fehlen bislang in der Praxis pflanzenbauliche Steuerungsalgorithmen, die für die Umsetzung der Teilflächendaten in eine anwendbare Smart-Farming-Lösung erforderlich wären.

Dafür werden aktuelle Informationen zur Bestandesentwicklung sowie bereits zu Vegetationsbeginn verfügbare Daten – etwa zur Stickstoffaufnahme der Vorfrucht, Bodenkarten und historische Ertragsdaten – integriert. Durch den gezielten Einsatz innovativer Technologien sollen Düngeentscheidungen präziser, effizienter und umweltschonender getroffen werden.

Ein zentrales Element des Projekts ist der Einsatz moderner Sensorik, darunter Drohnen (UAV), Satelliten und bodengebundene Systeme. UAV-gestützte Befliegungen mit Multispektralsensoren liefern hochauflösende Daten zur Vitalität und Stickstoffversorgung der Pflanzenbestände. Dabei kommen verschiedene Kamerasysteme zum Einsatz, um die Eignung sowohl kostenintensiver, wissenschaftlich etablierter Sensoren (z. B. MicaSense Altum PT) als auch günstigerer, praxisnaher Systeme (z. B. DJI M3M) zu untersuchen. 

Zur Sicherstellung der Datenqualität und Vergleichbarkeit werden systematische Kreuzkalibrierungen zwischen den verschiedenen Sensoren durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung belastbarer und übertragbarer Modelle zur Schätzung des pflanzlichen Stickstoffgehalts, die unabhängig vom eingesetzten Sensorsystem zuverlässig funktionieren.

Doch Theorie allein reicht nicht – im Mittelpunkt stehen Feldversuche an vier Standorten: Schleswig-Holstein, Mecklenburg-Vorpommern, Hessen und Baden-Württemberg. Dort werden unterschiedliche Algorithmen zur lokal angepassten N-Düngung getestet und weiterentwickelt. Die Versuche erfolgen unter der Koordination der Universität Kiel in enger Zusammenarbeit mit dem LTZ Augustenberg, Hetterich Fieldwork GbR und geo-konzept GmbH. Zudem wird ein an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) entwickelter, schlagspezifischer Düngealgorithmus als Grundlage verwendet und für die feldbereichsbezogene Anwendung weiterentwickelt.

ADVENT setzt auf eine schrittweise Integration verschiedener Komplexitätsstufen bei der Düngeregelung – von einfachen, praxisnahen Ansätzen bis hin zu prozessbasierten Algorithmen, die räumliche Unterschiede in N-Nachlieferung und Ertragspotenzial explizit einbeziehen. Die entwickelten Methoden werden als IT-gestützte Entscheidungsgrundlagen in bestehende Agrarplattformen eingebunden.

Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Zusammenarbeit mit etablierten Einrichtungen wie www.isip.de und Unternehmen wie die geo-konzept GmbH, die beide bereits über umfassende Infrastruktur zur Verarbeitung von Geodaten, Wetterinformationen und Bewirtschaftungsdaten verfügen. Durch die Bereitstellung der entwickelten Düngealgorithmen als Webservices wird ein reibungsloser Datenaustausch zwischen den Partnern sichergestellt – und eine schnelle Überführung der Forschungsergebnisse in die Praxis ermöglicht.

ADVENT steht damit exemplarisch für die digitale und nachhaltige Transformation des Ackerbaus. Die präzisere N-Düngung soll nicht nur zu einer Reduktion der eingesetzten Stickstoffmengen um 10–15 % führen, sondern gleichzeitig Erträge und Qualität bei begrenzter N-Verfügbarkeit sichern – für eine ressourcenschonende, zukunftsfähige Landwirtschaft.

Kurzbeschreibung

Das Ziel von ADVENT ist es, teilflächenspezifische Unterschiede im Ertragspotenzial und der Stickstoffnachlieferung von Winterweizen mithilfe von Daten zur aktuellen Bestandesentwicklung und auch bereits zu Beginn der Saison verfügbaren Daten (z. B. Stickstoffaufnahme der Vorfrucht, Bodenkarten) herzuleiten. Dafür werden innovative Drohnensensoren, Satellitenprodukte und Bodensensorik getestet und die räumliche Variabilität der betrachteten Parameter untersucht. Feldversuche in Schleswig-Holstein, Mecklenburg-Vorpommern, Hessen und Baden-Württemberg bilden die Grundlage für das Projekt. Diese Versuche erfolgen in Zusammenarbeit mit dem LTZ Augustenberg, Hetterich Fieldwork GbR und geo-konzept GmbH. Zusätzlich soll ein bereits erfolgreich in der Praxis getesteter schlagspezifischer Stickstoffdüngealgorithmus der CAU im Hinblick auf die teilflächenspezifische Anwendung überarbeitet und weiterentwickelt werden.
Die Kooperation mit den Unternehmen www.isip.de und geo-konzept, die in der Erhebung und Vermarktung von Sensor-Produkten wie auch in der Düngeberatung etabliert sind, verspricht eine rasche Übertragung in die landwirtschaftliche Praxis. ADVENT trägt damit nicht nur zur Erhöhung der Stickstoffdüngungseffizienz bei, sondern leistet auch einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Grundwasserschutz.

Projektpartner:

-          Christian Albrechts Universität zu Kiel (Projektkoordination)

-          geo-konzept GmbH

-          Informationssystem Integrierte Pflanzenproduktion (ISIP) e.V.

-          LTZ Augustenberg, Außenstelle Forchheim

Laufzeit:
01.10.2024 bis 30.11.2027

Projektträger: BLE

Die Förderung des Vorhabens erfolgt (bzw. erfolgte) aus Mitteln des Bundesministeriums für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages. Die Projektträgerschaft erfolgt (bzw. erfolgte) über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung.

"Verbundprojekt: Anpassung der N-Düngung an die Variation in Ertragspotential und Nachlieferung in der Teilfläche (ADVENT)" FKZ: 281D301B22.