Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) vereinfacht die Nährstoffermittlung bei Wirtschaftsdüngern. Außerdem besteht das Potenzial für eine exakte und gleichzeitig unkomplizierte Ausbringung. Jedoch fehlt der Technik in einigen Bundesländern die düngerechtliche Anerkennung. In Schleswig-Holstein ist das NIRS-Verfahren als Alternative zur Laboranalyse bei Wirtschaftsdüngern zugelassen.
Ein Landwirt darf nicht frei entscheiden, wie viel Gülle er auf seine Flächen ausbringt. Es gilt, die flächenspezifischen Nährstoffvorgaben zu befolgen und alle Düngevorgänge zu dokumentieren. Um unter diesen Umständen maximale Ernteerträge erzielen zu können, müssen die verfügbaren Nährstoffe möglichst effizient, bedarfsgerecht und in der Regel gleichmäßig ausgebracht werden. Auf diese Weise wird eine abwechselnde Über- und Unterdüngung vermieden. Üblicherweise werden deshalb die Nährstoffgehalte der Gülle ermittelt, indem Proben genommen oder Richtwerte verwendet werden. Jedoch können in beiden Fällen deutliche Abweichungen zu den tatsächlichen Werten auftreten. Beispielsweise können die Nährstoffgehalte in Abhängigkeit von der Gülleart, der Fütterung und der Homogenität extrem schwanken.
Vor diesem Hintergrund ist eine exakte Nährstoffausbringung mit organischen Düngern schwer realisierbar. Das Ertragspotenzial wird nicht ausgeschöpft, und Umweltbelastungen können hervorgerufen werden. Ein Einsatz der NIRS könnte deutliche Verbesserungen herbeiführen: Die Nährstoffermittlung könnte vereinfacht, eine exaktere Ausbringung ermöglicht, der überbetriebliche Nährstoffaustausch gefördert und der Dokumentationsaufwand minimiert werden.
Ablauf einer NIRS- Nährstoffmessung
Die Nährstoffe, die in einer Gülle enthalten sind, können mit der NIRS-Technik während der üblichen Pumpvorgänge bestimmt werden. Dabei werden die Messkomponenten in die Förderleitungen integriert oder über eine mobile Station mit den vorhandenen Rohren oder Schläuchen verbunden. Eine mobile NIRS-Station kann beim Befüllen eines Güllefasses zur Nährstoffmessung zwischengeschaltet werden. Sie besteht im Wesentlichen aus der Nahinfraroteinheit (NIR-Einheit), dem Durchflussmengenmesser sowie dem Bedienterminal (siehe Abbildung 1). Sobald Gülle gefördert wird, werden die Gehalte an Stickstoff (N2), Ammonium (NH4), Phosphor (P2O5), Kali (K2O) und Trockensubstanz ermittelt und über das Terminal ausgegeben. Zudem besteht die Möglichkeit, ein Ausbringziel für einen Nährstoff festzulegen. In diesem Fall wurden 60 kg N/ha gewählt. Daraufhin wird dem Anwender aufgezeigt, dass dafür 13 m3 der vorhandenen Gülle pro Hektar ausgebracht werden müssen.
Funktionsweise der NIRS- Technik
Bei einer NIRS-Messung wird die vorbeifließende Gülle durch ein Fenster in der Rohrleitung mit nahinfrarotem Licht bestrahlt (siehe Abbildung 2). Das einfallende Licht wird von den unterschiedlichen Inhaltsstoffen teilweise absorbiert und reflektiert. Dabei entstehen spezielle Reflektionen. Diese werden vom Sensor erfasst und zum NIR-Detektor weitergeleitet. Durch einen Vergleich mit hinterlegten Daten sowie eine vom Hersteller entwickelte Kalibrierung können die Nährstoffgehalte der Gülle abgeschätzt werden.
Vorteile der NIRS-Technik
Die wesentlichen Vorteile der NIRS-Technik bestehen darin, dass die Nährstoffmessung durchgängig, live und aufwandlos erfolgt. Das bedeutet zum einen, dass ein deutlich größerer Anteil der jeweils relevanten Gülle als bei einer einzelnen Probeentnahme berücksichtigt wird. Außerdem liegen die Nährstoffgehalte direkt vor, sodass sie für eine sofortige Ausbringung oder einen überbetrieblichen Nährstoffaustausch verwendet werden können. Zum anderen entfällt der Aufwand für eine umständliche Probeentnahme.
Darüber hinaus bietet die NIRS-Technik die Möglichkeit, den Güllestrom bei der Ausbringung auf Basis eines Nährstoffwertes zu regeln (siehe Abbildung 3). In diesem Fall liefern ein am Güllefass verbauter Durchflussmengenmesser und die NIR-Einheit Messwerte, auf deren Grundlage die Fahrgeschwindigkeit geregelt wird. Beispielsweise könnte der Fahrer durch eine Eingabe am Isobusterminal festlegen, dass 60 kg N/ha ausgebracht werden sollen. Daraufhin würde während der Ausbringung eine automatisierte Anpassung der Fahrgeschwindigkeit erfolgen. Alternativ kann eine Regelung des Güllestroms über die Pumpendrehzahl oder ein Drosselventil herbeigeführt werden. Während der Ausbringung erfolgt eine automatisierte Dokumentation der verteilten Nährstoffe. In Verbindung mit GPS können Applikationskarten erstellt werden. Auf diese Weise könnte eine nährstoffbasierte und bedarfsgerechte Ausbringung inklusive der Dokumentation nahezu aufwandlos realisiert werden.
Kritische Betrachtung der NIRS-Technik
Für eine Akzeptanz der NIRS-Technik in der Praxis müssen die gemessenen Nährstoffgehalte in einer ausreichenden Genauigkeit vorliegen. Ansonsten kann keine exakte Ausbringung realisiert werden. Vor diesem Hintergrund hat die Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft (DLG) die Genauigkeit von verschiedenen NIR-Sensoren untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Messgenauigkeit von den unterschiedlichen Nährstoffen, der Gülleart und den Höhen der Nährstoffgehalte abhängt. Deshalb werden Zertifizierungen einzeln für Stickstoff, Ammonium, Phosphor, Kali und Trockensubstanz bei Rinder-, Schweine-, Mischgülle und Gärresten vergeben. Die jeweilige Zertifizierung erfolgt, wenn drei von fünf Messungen eine maximale Abweichung von 25 % zu einem Referenzwert aufweisen und ansonsten keine Abweichung über 35 % auftritt. Gegenwärtig erreichen NIR-Sensoren für die meisten Inhaltsstoffe eine Zertifikation. Dabei können beim Stickstoffgehalt in der Regel höhere Genauigkeiten erzielt werden.
Im Vergleich dazu können bei Laboranalysen Schwankungen von zirka 15 % auftreten. Jedoch sind die Abweichungen aus den vorangestellten Prozessschritten unbekannt. Dabei bietet insbesondere die Probeentnahme ein großes Fehlerpotenzial. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass Veränderungen der Gülle bis zum Start der Ausbringung nicht erfasst werden.
Vor diesem Hintergrund wird die Genauigkeit von Nährstoffgehalten, die mit zertifizierten NIR-Sensoren ermittelt wurden, bei üblichen Güllearten und unter Praxisbedingungen von der DLG als gleichwertig eingeschätzt. Jedoch ist zu berücksichtigen, dass bei ungewöhnlichen Güllearten, die von der üblichen Kalibrierung nicht abgedeckt werden, größere Messfehler auftreten können. Außerdem wird die NIRS-Technik nicht als wissenschaftliches Verfahren anerkannt und es sind keine Bedingungen definiert, die den Ablauf, die Genauigkeit und die gleichbleibende Qualität einer Messung sicherstellen. Daher wird eine Dokumentation auf NIRS-Basis in einigen Bundesländern düngerechtlich nicht anerkannt.
Kaufentscheidung und Anschaffungskosten
Aktuell werden NIR-Sensoren für Gülleanwendungen unter anderem von Zunhammer, John Deere, Kotte, m-u-t, Kaweco, Dinamica Generale, Topcon und BSA angeboten. Bei der Kaufentscheidung ist zu berücksichtigen, dass unterschiedliche Messgenauigkeiten bei unterschiedlichen Güllearten sowie Nährstoffen vorliegen können. Daher sollte im Einzelfall entschieden werden, welcher Sensor sich am besten für die betrieblichen Anwendungen eignet.
Für den Erwerb und den Anbau am Güllewagen fallen in der Regel Kosten von zirka 35.000 € an. Dabei besteht unter Umständen eine Förderfähigkeit von zirka 40 %. Die Betriebs- und Wartungskosten liegen schätzungsweise bei 1.000 bis 2.000 € pro Jahr. Vor einem Kauf ist unbedingt sicherzustellen, dass Schlepper, Güllewagen und NIRS-Technik synchronisiert werden können.
Fazit
Die NIRS-Technik optimiert die Nährstoffermittlung, indem die Nährstoffgehalte flüssiger Wirtschaftsdünger durchgängig und live bestimmt werden. Zudem entfällt der Aufwand für eine Probeentnahme und eine automatisierte Dokumentation wird ermöglicht. Eine exaktere Ausbringung wird herbeigeführt, indem Nährstoffgehalte fuhrenbezogen ermittelt werden, sofort vorliegen und eine nährstoffbasierte Regelung des Güllestroms erfolgen kann. Der überbetriebliche Nährstoffaustausch wird gefördert, indem die Nährstoffermittlung einfach, schnell und speziell für ein relevantes Güllevolumen vorgenommen werden kann. Die Messgenauigkeit wird bei üblichen Güllearten und unter Praxisbedingungen von der DLG als gleichwertig eingeschätzt. Ungewöhnliche Güllearten, welche abseits der üblichen Kalibrationen liegen, können zu größeren Messfehlern führen.




