Den Dünger mit Hochdruck in den Boden schießen

Transkript

1 Forschung Den Dünger mit Hochdruck in den Boden schießen Düngerdepots direkt im Wurzelbereich der Pflanzen anzulegen ist die Zielvorstellung. Dipl.-Ing. Bernd Niemöller und Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Hans-Heinrich Harms, Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik berichten über ihre Untersuchungen zur Injektionsdüng-ung mit Hochdruckwasserstrahl und stellen erste Ergebnisse vor. Werkfoto Bild 1: Ein herkömmliches Verfahren der Injektionsdüngung Die Düngung von Pflanzen stellt eine grundlegende Aufgabe in der Landwirtschaft dar. Hierbei wird das Ziel eines bestmöglichen Pflanzenwachstums mit hohen Erträgen verfolgt. Die Hauptbestandteile der verwendeten Dünger sind in der Regel Stickstoff, Phosphor und Kalium, von denen der Stickstoff den größten Anteil ausmacht. Bei der konventionellen Düngung wird zumeist ein stickstoffreicher Dünger in flüssiger oder fester Form auf dem Boden abgelegt. Um zu gewährleisten, dass der Dünger von der Bodenoberfläche zu den Wurzeln gelangt, ist es notwendig einen Dünger zu verwenden, der entweder nitratreich ist, oder sich durch chemische Prozesse in Nitrat umwandelt. Das Nitrat ermöglicht es, dass der Dünger von der Bodenoberfläche zu den Wurzeln der Pflanze über Ausschwemmen mit Regenwasser gelangt. Der Nachteil ist allerdings, dass dieses ausgeschwemmte Nitrat sehr schnell in das Grundwasser gelangen kann und damit einerseits den Pflanzen nicht mehr zur Verfügung steht und andererseits eine Überbelastung des Grundwassers mit Nitrat zur Folge haben kann. Ein weiterer stickstoffreicher Dünger ist Ammonium, das sich dadurch auszeichnet, dass es nicht ausschwemmt und somit keine Gefahr von Düngerverlust oder Verschmutzung des Grundwassers besteht. Bei der Verwendung des Ammoniumdüngers ist es allerdings notwendig, dass er direkt in den Boden abgelegt wird, damit er für die Wurzeln einfach zugänglich ist. Dieses kann durch Anlegen von Düngerdepots im Erdboden nahe den Pflanzenwurzeln erreicht werden, was pflanzenbaulich sehr viele Vorteile hat. So ist eine einmalige Düngung während der Wachstumsphase der Pflanze ausreichend. Der Dünger ist in einem Düngerdepot über eine lange Zeit direkt an den Wurzeln verfügbar und es kommt zu keiner Nitratauswaschung durch Regen und zu keiner Verdunstung des Düngers. Zahlreiche Untersuchung zur Depotdüngung nach dem Cultan-Verfahren (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition) haben die Vorteile des besseren Pflanzenwachstums bei geringerem Düngereinsatz nachgewiesen. Die technische Umsetzung der Depotdüngung erfolgt zurzeit z.b. mit Hilfe von über den Boden gezogenen Injektionsrädern, die über ein nabengesteuertes Ventil den flüssigen Dünger mit Hilfe von Injektionsspitzen in den Boden ablegen (siehe Bild 1). Die Tiefe der Ablage liegt ungefähr bei 80 mm.

2 Untersuchungen zur Injektionsdüngung mit Hochdruckwasserstrahl Am Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik der TU Braunschweig wird eine alternative Idee zur Injektion des Dünger in den Boden untersucht. Die Idee besteht darin, den künstlichen Ammoniumdünger in Form eines Hochdruckwasserstrahls direkt in der gewünschten Tiefe in den Boden abzulegen und somit ein Depot im Boden zu erzeugen. Diese direkte Injektion des Düngers in den Boden hat gegenüber anderen Verfahren den Vorteil, dass sie berührungslos arbeitet und somit keinen Verschleiß oder gar Bruch von Maschinenteilen mit sich bringt. Außerdem kann sie auch bei Mulchsaat, bei welcher zahlreiche Pflanzenreste auf dem Erdboden verbleiben, angewandt werden. Der bei diesem Verfahren erzeugt Schlitz im Erdboden kann darüber hinaus auch noch als Säschlitz für die Aussaat genutzt werden. Die hierfür durchzuführenden grundlegenden Untersuchungen finden im Rahmen eines Forschungsprojektes statt, dass von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll nachgewiesen werden, ob es möglich ist, mit Hilfe eines Hochdruckwasserstrahls ein Depot im Boden anzulegen. Die dafür notwendigen ersten grundlegenden Versuche werden nicht im Feldeinsatz sondern mit Hilfe eines Versuchstandes in der Versuchshalle des Instituts für Landmaschinen und Fluidtechnik durchgeführt. Bei diesen Versuchen wird ausschließlich mit reinem Wasser gearbeitet. Über eine Pumpe wird ein Hochdruckwasserstrahl erzeugt. Dieser wird über eine Bodenprobe hinweg geführt und in den Boden injiziert. Eine schematische Darstellung des Versuchstandes ist in Bild 2 zu sehen. Bei den Versuchen sollen sandige, lehmhaltige und tonhaltige Böden untersucht werden. Die Feuchtigkeit des Bodens soll von sehr trocken über feucht bis hin zu sehr nass verändert werden. Außerdem werden sehr stark verdichtete Böden und sehr lockere Böden untersucht. Darüber hinaus soll die Möglichkeit untersucht werden, den Dünger in gefrorenen Böden zu injizieren. Der Versuchstand bietet die Möglichkeit, einen Wasserdruck von bis zu bar und Düsendurchmesser zwischen 0,1 mm 1,1 mm einzustellen. Die Überfahrgeschwindigkeit kann von 0 km/h bis hin zu 21 km/h verändert werden. Zur Bewertung der Versuche werden die Ablagetiefe, die dafür aufgewandte Leistung, die Verteilung des Wassers im Boden und das Rückspritzverhalten des Wassers aus dem Depot herangezogen. Erste Ergebnisse Die ersten Versuche wurden mit einem sehr schweren tonhaltigen Boden gemacht. Hierbei wurden unterschiedliche Drücke und Überfahrgeschwindigkeiten untersucht. Die ersten Ergebnisse zeigen, dass bei einem Druck von 400 bar und einer Überfahrgeschwindigkeit von 7,2 km/h sich eine Ablagetiefe von ungefähr 70 mm ergibt. Bei den ersten Versuchen wurden keine einzelnen Depots angelegt, sondern ein langes über die ganze Bodenprobe hinweg gehendes Depot. In den nachfolgenden Bildern sind zwei Beispiele für Ergebnisse der Untersuchungen zu sehen. In Bild 3 ist die Ablagetiefe bei verschiedenen Drücken dargestellt. Die Versuche wurden mit einer Überfahrgeschwindigkeit von 7,2 km/h gemacht. Es ist zu sehen, dass bei höheren Drücken die Ablagetiefe noch vergrößert werden kann. In Bild 4 ist die Ablagetiefe bei verschiedenen Überfahrgeschwindigkeiten und einem konstanten Druck von 400 bar dargestellt. Es zu erkennen, dass auch bei einer hohen Geschwindigkeit von 11 km/h noch eine Ablagetiefe von mehr als 50 mm erreicht wird. Die Leistungen, die dabei für die Erzeugung des Wasserstrahls notwendig ist, liegt zwischen 0,1 kw und 18 kw je Düse. Für einen im späteren Feldeinsatz angenommenen Düsenabstand von 25 cm ergibt sich eine Ausbringmenge von l/ha bis hin zu l/ha. In weiteren ersten Versuchen wurde das Verfahren bei ausgestochenen sandigen Grassoden untersucht. Das Ergebnis ist in Bild 5 zu sehen. Hier wurde eine Ablagetiefe von 110 mm erreicht.

3 Ausblick Schon diese ersten Ergebnisse lassen darauf schließen, dass das Verfahren der Injektionsdüngung mit Hochdruckwasserstrahl grundsätzlich möglich ist. Im Laufe der kommenden zwei Jahre werden noch weitere zahlreiche Untersuchungen durchgeführt. So wird das Verfahren für verschiedene Böden untersucht. Die Verteilung des injizierten Wassers im Boden soll begutachtet werden. Weiterhin muss eine Möglichkeit gefunden werden, wie die Ablagetiefe bei wechselnden Bedingungen konstant gehalten werden kann. Weiter in die Zukunft schauend ist es sinnvoll, das Verfahren mit reinem Wasser im Feldeinsatz zu testen. Hier muss eine Anlage entwickelt werden, die mit Hilfe eines Traktors transportiert werden kann. Wenn diese Untersuchungen erfolgreich sind, kann für weitere Untersuchungen eine Maschine entwickelt werden, mit welcher Feldversuche mit realem Dünger durchgeführt werden können. pre agro Voraussetzungen vorhanden Bauern brauchen Präzisionslandwirtschaft Die deutschen Bauern kämen heute ohne Hochtechnologien wie die informationsgeleitete Präzisionslandwirtschaft nicht mehr aus. Darauf hat der Leiter eines der größten Forschungsprojekte zu diesem Thema weltweit, pre agro, Dr. Armin Werner, anlässlich der Grünen Woche in Berlin hingewiesen. Die Techniken der Präzisionslandwirtschaft, das sogenannte Precision Farming, fügten sich in bestehende Anbauverfahren und Betriebsabläufe ein. Untersuchungen des Forschungsprojektes pre agro hätten gezeigt, dass immer mehr Landwirte einzelne technische Bereiche des Precision Farming in ihrem Betrieb anwendeten. Diejenigen, die diese Techniken einsetzten, hätten sich durchweg zufrieden geäußert. Das Forschungsprojekt habe zudem belegen können, dass sich dank der Technologien des Precision Farming für jeden Betriebstyp und für jede Form der Landwirtschaft wichtige technische Ergänzungen ergäben, hob Werner hervor. Der Landwirt erhalte Daten zu seinen Böden, seinen Ackerkulturen und seinen Betriebsabläufen in Umfang und Qualität, die bisher nicht möglich gewesen seien. Das erlaube allen Landwirten - auch im Ökobereich - eine bessere Planung und Rückverfolgung ihrer Betriebsabläufe. Damit werde ein echtes Qualitätsmanagement möglich. Seit 1999 arbeiteten inzwischen fast 50 Partner aus dem Projekt pre agro an der Entwicklung und Verbreitung von Techniken zum Precision Farming. Die Abschlusstagung des Projektes finde vom 20. bis zum 22. Februar in Berlin statt.

4 Bild 2 Bild 2: Schematische Da

5 Powered by TCPDF ( Ablagetiefe bei untersch