„Bisher wird der Nitratgehalt in Ackerböden meistens dadurch ermittelt, dass vereinzelte Bodenproben im Labor analysiert werden. Wenn die Messungen dagegen vor Ort vorgenommen werden, mit Hilfe einer an landwirtschaftlichen Geräten oder Fahrzeugen befestigten Apparatur, können sie sich im Idealfall über eine große landwirtschaftliche Fläche erstrecken und ein vollständiges Bild der Nitratbelastung liefern. Dies hätte enorme ökologische und wirtschaftliche Vorteile“, erklärte Prof. Gerhard Fischerauer, der Inhaber des Lehrstuhls für Mess- und Regeltechnik an der Universität Bayreuth.
Fischerauer verweist auf die umfangreichen Informationen zur Bodenqualität, die aus dem angestrebten Verfahren hervorgehen und eine effizientere Bewirtschaftung der Felder ermöglichen sollen. So könnten Landwirte durch den gezielten Einsatz von Düngemitteln die Produktionskosten senken. Zudem werden die Kosten, die im Fall einer ständiger Überdüngung für die Grundwasserreinigung aufgebracht werden müssen, beträchtlich sinken.
Bei Laboranalysen von Materialien habe sich die elektrische Impedanzspektroskopie (EIS) hervorragend bewährt. Anhand der gemessenen Spektren könne man Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung von Materialien schließen, beispielsweise von Gießerei-Sand, Sandmischungen (Quarz, Chromit) oder organischem Material (Kohlenstoff). Auch die prozentualen Anteile der jeweiligen Bestandteile lassen sich den Angaben zufolge zuverlässig ermitteln. Doch es sei unklar, ob sich diese Informationen mit gleicher Zuverlässigkeit auch in der freien Natur gewinnen lassen.
Geplant, ein Demonstratorsystem auf landwirtschaftlichen Geräten zu installieren
Daher wollen Fischerauer und sein Team die elektrische Impedanzspektroskopie so weiterentwickeln, dass sie auf Ackerflächen zur Messung von Nitratkonzentrationen anwendbar ist. Eine wesentliche Herausforderung liege darin, dass es eine Reihe von Faktoren gibt, die die Messungen beeinflussen oder sogar verfälschen könnten. Zu diesen Einflussgrößen zählen beispielsweise die Temperatur und die Feuchtigkeit im Boden sowie die Gesamtheit der chemischen Verbindungen, die neben dem Nitrat im Boden enthalten sind. Das angestrebte Messsystem müsse in der Lage sein, diese Einflüsse aus den Messdaten herauszurechnen.
„Wenn unsere Forschungsergebnisse erfolgversprechend sind, wollen wir ein Pilotprojekt starten: Wir werden ein Demonstratorsystem bauen und es auf landwirtschaftlichen Geräten, beispielsweise auf Traktoren, installieren. Diese Apparatur wird es grundsätzlich ermöglichen, Nitratkonzentrationen im Boden kostengünstig, schnell und flächendeckend zu messen. In Einzelfällen werden vermutlich geländebedingte Schwierigkeiten auftreten, die einem reibungslosen Einsatz des neuen Systems entgegenstehen können. Aber ich bin sicher, dass die Agrarwissenschaft für solche Probleme gute technische Lösungen finden wird“, so Fischerauer.
