Der Anbau von Sonderkulturen ist mit besonders hohen Anforderungen an ein optimales und nachhaltiges Düngungs- und Bewässerungsmanagement verbunden. Gründe dafür sind intensive Flächenbewirtschaftung, hohe Ertrags- und Qualitätsanforderungen sowie dadurch bedingt ein hoher Ressourcenbedarf und -einsatz. Aus sehr kurzen Kulturzeiten und der Ernte vieler Gemüsekulturen in vegetativen Wachstumsstadien resultieren oft sehr große Nacherntereste von pflanzenverfügbarem mineralischem Stickstoff. Durch den hohen Wasserbedarf im Gemüseanbau wird die ohnehin enge Kopplung der Stickstoff-Dynamik an den Bodenwasserhaushalt zusätzlich verstärkt. Grundwässer in Gebieten mit einer hohen Dichte intensiv wirtschaftender Gemüsebaubetriebe weisen häufig Nitratgehalte über dem Grenzwert auf. So stehen Düngung und Bewässerung im Spannungsfeld ökonomischer, ressourceneffizienter und umweltschonender Anforderungen an die Gemüsepraxis.
Hier setzt das Projekt GeoSenSys des Instituts für Gemüsebau der Hochschule Geisenheim an, um die Betriebe bei der Bewältigung dieser Herausforderung zu unterstützen. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines georeferenzierten Sensor-gestützten Expertensystems zur teilflächenspezifischen gekoppelten Stickstoffdüngungs- und Bewässerungssteuerung im Freilandgemüsebau. Dabei werden Informationen der Bodencharakteristik, der Kohlenstoff-Stickstoff-Dynamik, der Bestandsentwicklung und des Bewässerungsbedarfs durch intelligente Regelsysteme verbunden und in einer browserbasierten Webanwendung so visualisiert, dass sie für die Anwenderinnen und Anwender als teilflächenspezifische Entscheidungshilfe dienen können.
Um dies zu erreichen, werden bestehende Technologien, etwa aus dem Ackerbau, auf die kleinräumigeren Bedürfnisse des Gemüsebaus angepasst oder für diesen Zweck weiterentwickelt. Der Bewässerungsbedarf beispielsweise wird durch die Verbindung aus Wasserbilanzierung aus der Geisenheimer Steuerung und neuronalen Netzwerken (ANNI) abgeleitet. Die wissenschaftliche Prüfung des modellierten Wasserbedarfs erfolgt mit Hilfe der Messung der aktuellen Evapotranspiration, die Prüfung des modellierten Stickstoffbedarfs anhand von Bodenproben.
Innerhalb der ersten zwei Versuchsjahre ermittelten die Geisenheimer Forschenden Vegetationsindices für den Wasser- und Stickstoff-Versorgungszustand von Spinat und entwickeln das Bewässerungsmodell auf dieser Grundlage. Das Projekt läuft noch bis Mitte 2024 und befindet sich aktuell am Übergang in die Praxisphase. Während dieser wird GeoSenSys von ausgewählten Gemüsebetrieben getestet und auf Basis des Praxis-Feedbacks optimiert. Anknüpfungspunkte finden sich darüber hinaus bei der Umsetzung für andere Gemüsesorten. Dafür wäre es in potenziellen Folgeprojekten notwendig, die benötigen Kennzahlen verschiedener Gemüsesorten und deren Stickstoff- und Wasserversorgung zu ermitteln, um die der Entscheidungshilfe zugrunde liegenden Datenmodelle anpassen zu können – und damit der Gemüsebaupraxis im Gesamten einen wichtigen Schritt zu mehr Ressourceneffizienz und Umweltverträglichkeit zu ermöglichen.
