BonaRes (Modul A): I4S - Integriertes System zum ortsspezifischen Management der Bodenfruchtbarkeit, Teilprojekt A: Projektkoordination, Entwicklung und Test der Sensorplattformen

Abstract

Aufgrund der natürlichen und vom Menschen verursachten Heterogenität von Böden erfordert der Erhalt und die Verbesserung ihrer Fruchtbarkeit durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen sorgfältig geplante Entscheidungen, die auf einer detaillierten Erfassung der Bodeneigenschaften und einem vertieften Verständnis der Bodenprozesse beruhen. Es ist bekannt, dass die konventionelle, flächeneinheitliche Bewirtschaftung Ertragsverluste durch zu geringe Bewirtschaftungsintensität (z. B. Düngung) auf einem Teil der Fläche verursacht, während andere Teile des Feldes zu hohe Dosen erhalten und es dadurch zur Verschwendung von Ressourcen und zu Umweltbelastungen kommt. Trotz der Verfügbarkeit von Technologien für ortsspezifische Düngung, Bodenbearbeitung und Pflanzenschutz ist die Akzeptanz und Umsetzung ortsspezifischer Bewirtschaftung (Precision Agriculture) in der landwirtschaftlichen Praxis nach wie vor gering. Ein wesentlicher Grund dafür ist das Fehlen von kostengünstigen Methoden zur Erfassung der bewirtschaftungsrelevanten Bodenmerkmale wie beispielweise Bodentextur, pH-Wert, Nährstoffund Humusgehalt. Die hohen Kosten für Laboranalysen verhindern nicht nur eine bessere zeitliche und räumliche Auflösung bei der Bodenüberwachung, sie führen auch dazu, dass die anerkannten Entscheidungsregeln zur Ableitung von Bewirtschaftungsempfehlungen nur auf sehr einfachen Algorithmen mit wenigen Eingabeparametern beruhen. Der Bedarf an sehr vielfältigen Eingangsdaten ist einer der Hauptgründe, warum Forschungsergebnisse zur Modellierung und Vorhersage der Bodennährstoffdynamik nicht in der Praxis angewendet werden. Es sind jedoch nicht nur hohe Kosten, welche eine fortschrittlichere, wissensbasierte Bodenbewirtschaftung behindern. Um die Akzeptanz in der Praxis zu erhöhen, müssen wissenschaftliche Modelle von Bodenprozessen in ein leicht zu handhabendes Entscheidungsunterstützungssystem (EUS) eingebunden werden, das zugleich auch sozioökonomische Aspekte berücksichtigt. Das Ziel des I4S-Projekts ist die Entwicklung eines integrierten Systems zur ortsspezifischen Steuerung der Bodenfruchtbarkeit, welches Empfehlungen zur Anpassung der Düngung und anderer Maßnahmen gibt, um die Bodenfunktionen zu verbessern und Umweltbelastungen zu vermindern. Die Systementwicklung richtet sich primär an landwirtschaftliche Dienstleister und Landwirte, aber auch an Nutzer aus Verwaltung, Forschung und verwandter Wirtschaftsbereiche (z.B. Umweltschutz). Neben der Entwicklung von neuen Bodensensoren, Bodenprozessmodellen und einem Entscheidungsunterstützungssystem wird die enge Verknüpfung dieser drei Komponenten das wichtigste Ergebnis dieses Projektes sein. Dieser integrierte Ansatz gewährleistet, dass (a) bei der Gestaltung der Sensoren auf eine möglichst gute Passfähigkeit zum Datenbedarf der Modelle geachtet wird, (b) die Modelle umgekehrt möglichst großen Nutzen aus dem Angebot an Sensordaten ziehen, (c) die Interpretation der Modellrechnungen unter Berücksichtigung agronomischer und externer sozio-ökonomischer Rahmenbedingungen erfolgt. Der Arbeitsplan umfasst (a) Sensorentwicklung, -test und -kalibrierung, (b) eine schrittweise Integration der Sensoren in zwei mobile Sensorplattformen für die Oberbodenkartierung und für die Bodenprofilkartierung, (c) die Evaluierung und Modifikation der Bodenprozessmodelle im Hinblick auf die Anforderungen der landwirtschaftlichen Praxis und (d) eine Integration der Modelle in Algorithmen für ein nutzerfreundliches EUS, das Empfehlungen zur Düngung gibt und Aussagen zu Bodenfunktionen macht. Dabei werden agronomische und sozio-ökonomische Anforderungen und Einschränkungen berücksichtigt, wie Fruchtfolgen, verfügbare Maschinen, Kosten und rechtliche Vorgaben.