Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Wie der aktuelle Nitratbericht der Bundesregierung zeigt, ist unter anderem in Gebieten mit intensivem Feldgem\u00fcseanbau weiterhin eine hohe Nitratbelastung des Grundwassers zu verzeichnen. Dieser Sachverhalt beruht darauf, dass viele Gem\u00fcsekulturen zur Erzielung hoher Ertr\u00e4ge in den vom Markt geforder-ten guten Qualit\u00e4ten intensiv mit Stickstoff ged\u00fcngt werden m\u00fcssen, was eine erhebliche Gefahr \u00fcberm\u00e4-\u00dfiger Nitrateintr\u00e4ge ins Grundwasser nach sich zieht. Um dies zu vermeiden, sollte der im Boden vorhandene Mineralstickstoff regelm\u00e4\u00dfig gemessen und dann bei der D\u00fcngebedarfsberechnung ber\u00fccksichtigt werden. Dieses, dem kulturbegleitenden Nmin-Sollwert (KNS)-System zu Grunde liegende Prinzip wird allerdings kaum in der Praxis umgesetzt, da die notwendigen Nmin-Analysen einen erheblichen finanziellen und logistischen Aufwand bedeuten. Schnelltest-Verfahren zur Nmin-Bestimmung vor Ort sind wegen der mangelnden Genauigkeit bzw. der z. T. sehr hohen Anforderungen an den Anwender keine Alternative.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAlle Arbeiten im Rahmen des Projektes erfolgten schrittweise. Den Anfang machte jeweils eine intensive Literatur- und Marktrecherche, um potentiell geeignete Konzepte, Verfahren und Ger\u00e4te zu identifizieren. Die potentiell geeigneten Ans\u00e4tze wurden im n\u00e4chsten Schritt auf ihre grundlegende Eignung gepr\u00fcft. Basierend auf dieser Eignungspr\u00fcfung wurde ein m\u00f6glicher L\u00f6sungsweg skizziert und die einzelnen Komponenten \u0096 egal ob Software, Hardware oder Methodenvorschriften \u0096 in mehreren Feedback-Schleifen auf einen Praxiseinsatz hin optimiert. Als Referenz f\u00fcr die analytische Leistungsf\u00e4higkeit diente dabei immer die etablierte VDLUFA-Methode zur Nmin-Bestimmung.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Grundsatz konnten alle gesteckten Ziele erreicht werden. F\u00fcr die volumendefinierte Probenahme wurde ein spezielles Probenahmewerkzeug entwickelt. Es handelt sich um ein sich nach unten verj\u00fcngendes Rohr mit einem sich au\u00dfen befindlichen Bohrgewinde. Das Rohr wird mithilfe eines Akkuschlagschraubers in den Boden ein- und wieder herausgedreht. Aus der Anzahl der Einstiche und dem Gesamtgewicht des entnommenen Bodens kann die aktuelle Lagerungsdichte des Bodens berechnet werden. Die Messungen zeigen, dass unabh\u00e4ngig von der Bodenart bzw. dem Gehalt an organischer Bodensubstanz eine sehr gute \u00dcbereinstimmung zur mittels Stechzylindern ermittelten Lagerungsdichte besteht. Die Modellierung ergab eine Abweichung von im Mittel 0,12 kg\/l. Einschr\u00e4nkend ist allerdings zu sagen, dass bei bindigen B\u00f6den f\u00fcr das Eindrehen des Bohrers sehr viel Kraft ben\u00f6tigt wird, was einen erheblichen Materialverschlei\u00df zur Folge hat. Gut geeignet ist das Verfahren f\u00fcr sandige sowie vor allem sehr humusreiche B\u00f6den, bei denen das Fehlerrisiko bei der Umrechnung \u00fcber Faustzahlen besonders gro\u00df ist. Ein Problem bleibt allerdings der Wassergehalt der Proben und die damit einhergehende Verd\u00fcnnung des Extrakts. Dieses Problem lie\u00df sich nicht abschlie\u00dfend l\u00f6sen.
\nNeben dem Werkzeug zur volumendefinierten Probenahme wurde ein Schnelltest zur Bestimmung des Mineralstickstoffs in der entnommenen Bodenprobe entwickelt. Das Verfahren basiert auf der etablierten VDLUFA-Nmin-Methode. Im ersten Schritt wird die Probe mit CaCl2 extrahiert, wobei das Extraktionsverh\u00e4ltnis aus Gr\u00fcnden der Praktikabilit\u00e4t auf 1:1 eingeengt und die Suspension mit einem P\u00fcrierstab homogenisiert wird. Vom Filtrat werden zwei Aliquote entnommen und mit Salzs\u00e4ure auf einen pH-Wert von 2 anges\u00e4uert. Anschlie\u00dfend wird einem der beiden Aliquote Zinkpulver zugegeben, wodurch das enthaltende Nitrat zu Ammonium reduziert wird (Ausbeute 75 %). Im n\u00e4chsten Schritt werden die beiden Aliquote mit NaOH wieder alkalisiert und das enthaltene Ammonium durch die Zugabe von Trinatriumcitrat, Dichlorisocyanurs\u00e4ure, Natriumnitroprussid und Salicylat (Berthelot-Reaktion) angef\u00e4rbt. Die Zudosierung aller Reagenzien erfolgt entweder \u00fcber Glasspritzen oder \u00fcber einen Mikrol\u00f6ffel.
\nF\u00fcr die eigentliche Endbestimmung wurde ein einfaches LED-Photometer im 3D-Druck gefertigt, das mit dem Smartphone als Detektor gekoppelt wird. Die Ermittlung des Ammonium-N-Gehaltes erfolgt \u00fcber die Auswertung des R-Farbwertes. Die Messungen bei Standardl\u00f6sungen und Bodenextrakten zeigen eine sehr hohe \u00dcbereinstimmung zur Bestimmung mittels Continuous-Flow-Analyzer im Labor. Mit einer Abweichung von weniger als 10 kg N\/ha ist das Verfahren durchaus f\u00fcr einen Praxiseinsatz geeignet. F\u00fcr die Nutzerf\u00fchrung bei der Messung (inklusive Anf\u00e4rbung, Kalibration und Auswertung) wurde eine Smart-phone-App entwickelt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Der breiten \u00d6ffentlichkeit wurde das Forschungsprojekt zus\u00e4tzlich zur Pressemitteilung der DBU im Internetangebot der HSWT vorgestellt (Meldung in den Forschungsnews und Einrichtung einer Projektseite). Basierend auf diesen Bekanntmachungen haben zudem verschiedene Webportale (z.B. das Online-Portal der Zeitschrift Fruchthandel) \u00fcber das angelaufene Projekt berichtet.
\nZudem wurde das Projekt Fachleuten aus unterschiedlichen Bereichen (Universit\u00e4-ten und Hochschulen, Forschungseinrichtungen, Beh\u00f6rden, Ministerien) im Zuge von F\u00fchrungen am Institut f\u00fcr Gartenbau, z. B. im Rahmen einer vom BMEL organisierten und der HSWT durchgef\u00fchrten Fachveranstaltung im Jahr 2022, vorgestellt. Hinzu kamen zwei Posterbeitr\u00e4ge bzw. Kurzvortr\u00e4ge auf der 55. Jahrestagung der Deutschen Garten-bauwissenschaftlichen Gesellschaft in Osnabr\u00fcck (03\/23) und auf dem 134. VDLUFA-Kongress in Weihenstephan (09\/23).<\/p>\n
Publikationen:
\nCzech, L., Glaubke, J., Lohr., D., Meinken, E. (2023): NPhone \u0096 Spektralphotometrische Nmin-Bestimmung mit dem Smartphone. Posterbeitrag auf der 55. Jahrestagung der Deutschen Gartenbauwissenschaftli-chen Gesellschaft in Osnabr\u00fcck (03\/23).
\nCzech, L., Glaubke, J., Lohr., D., Meinken, E. (2023): Volumendefinierte Entnahme von Bodenproben f\u00fcr die Nmin-Bestimmung. Posterbeitrag auf dem 134. VDLUFA-Kongress in Freising (09\/23).<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte gezeigt werden, dass das gesetzte Ziel einer Vor-Ort-Bestimmung des Nmin-Gehaltes im Boden mittels Smartphone m\u00f6glich ist und das Fehlerrisiko bei der Umrechnung der Messwerte auf den Fl\u00e4chenbezug mit Faustzahlen bei humusreichen bzw. anmoorigen und moorigen B\u00f6den durch eine volumenbasierte Probenahme deutlich reduziert werden kann. Allerdings wurde bei keiner der Komponenten das angestrebte TRL von 7 bis 8 erreicht. Bis zu einem Praxiseinsatz sind noch umfangreiche Feldtests und darauf aufbauend Optimierungsma\u00dfnahmen im Hinblick auf das Handling notwendig.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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