Qualitätssicherung mobile NIRS-Systeme für Flüssigdünger

Im Verlauf des Projektes hat die LfL in Freising eine stationäre Messstation zur technischen Überprüfung von NIRS-Sensoren entwickelt. Eine solche Überprüfung ist aber nur dann sinnvoll ist, wenn die zu testenden Sensoren zuvor vom jeweiligen Hersteller überprüft und gewartet wurden. Zudem muss das Kalibrationsmodell des NIRS-Gerätes, das für die technische Prüfung verwendet wird, mit dem entsprechenden "Gold Sensor" des Herstellers übereinstimmen.

Die wichtigen Schritte in der technischen Prüfung der mobilen NIRS-Sensoren lassen sich wie folgt zusammenfassen:

I. Vorbereitungen abschließen: Start der Pumpe und des Kühlsystems, Umwälzung
II. Start der technischen Überprüfung mit 5 Messungen
III. Berechnung der Standardabweichung zu dem „Gold-Sensor“
IV. Standardabweichung unter 6 % : bestanden
V. Standardabweichung über 6 % : 3 zusätzliche Messungen durchführen
VI. Standardabweichung auch bei 8 Messungen über 6 % : nicht bestanden

Im folgenden Video ist beispielhaft eine Messung mit der Messstation dargestellt

Das Abschlusstreffen des Projektes "NIRS-QS" fand in kleiner Runde am 27. und 28.02.2024 bei der LfL in Freising statt. Nach einer ausführlichen Besprechung der in den 3 Projektjahren geleisteten Arbeiten ging es bei dem Abschlusstreffen hauptsächlich um die Fertigstellung des Abschlussberichtes und die ausführliche Beschreibung und Erläuterung der Messversuche mit der stationären Messeinrichtung, die bei der LfL konstruiert wurde. Zudem wurde gemeinsam überlegt, auf welchen Plattformen bzw. in welchen Journals Ergebnisse aus dem Projekt veröffentlicht werden könnten.

Am 04./05. Juli 2023 fand an der Hochschule Osnabrück das zweite Projekttreffen für das von der BLE geförderte Forschungsvorhaben „Entwicklung und Validierung eines Qualitätssicherungssystems für mobile NIRS-Systeme zur Erfassung von Nährstoffkonzentrationen in flüssigen Wirtschaftsdüngern (NIRS-QS)“ statt. Nach einer kurzen Vorstellungsrunde der NIRS-QS Projektbeteiligten und der Vertreter des Projektbeirats (LWK Schleswig-Holstein, LWK Niedersachsen, LWK Nordrhein-Westfalen, DLG e.V.) wurden die Ziele des Projektes nochmal durch den Projektkoordinator Prof. Dr. Hans-Werner Olfs aufgezeigt. Zudem wurden die Anforderungen an eine mögliche Prüfung der Sensoren und der Umbau der Labor-NIRS-Messstation an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) in Freising von Diana Andrade erläutert. Im Anschluss an den Fachvortrag von Henning Müller über ein neues Projekt „iDentPlus“ haben alle Teilnehmer den ersten Projekttag bei einem gemeinsamen Abendessen ausklingen lassen.

Am zweiten Tag wurden die Ergebnisse der Hochschule Osnabrück, die Erkenntnisse aus dem Projekt „MuD-NIRS“ der Landwirtschaftskammer Niedersachsen und zwei Bachelor-Arbeiten zum Thema der Nahinfrarotspektroskopie anhand von Vorträgen präsentiert und im Anschluss diskutiert. Weitere Informationen zu dem Thema „Zulassung und Akzeptanz von NIRS-Sensoren“ lieferten Robert Knöferl von der LfL Bayern und weitere externe Teilnehmer. Nach einer internen Projektbesprechung endete das Projekttreffen NIRS-QS.

Anlässlich ihres 75-jährigen Bestehens organisierte die Gesellschaft ihre erste kombinierte Konferenz mit Vorträgen für Delegierte, die sich für Pflanzenernährung und Düngemittelproduktion interessieren.

Auf der Konferenz wurden insgesamt 21 Vorträge gehalten, von denen sich acht mit Themen der Pflanzenernährung und acht Vorträge mit Themen der Düngemittelproduktion befassten. Fünf Vorträge wurde zu beiden Themen gemeinsam gehalten.

Bei der Poster Session am zweiten Tag der Konferenz präsentierte die Hochschule Osnabrück das Projekt „NIRS-QS“ in Form eines Posters. Das Foto ganz rechts zeigt das vorgestellte Poster.

Das Jahr 2022 neigt sich dem Ende entgegen, sodass die letzten Messungen im zweiten Projektjahr am Standort Triesdorf durchgeführt wurden. Der späte Zeitpunkt der Messreihe wirkt zunächst ungewöhnlich, da viele Betriebe in Deutschland die Güllesaison bereits Ende Oktober beendet haben, nicht so in Mittelfranken. Durch die erfolgte Verkündung entsprechender Allgemeinverfügungen wurde auf Antrag des Bayerischen Bauernverbandes, Bezirksverband Mittelfranken, die Sperrfrist für die Aufbringung organischer Düngemittel auf Grünland und Ackerland mit mehrjährigem Feldfutterbau um 4 Wochen bis Ende November nach hinten verschoben. Die milde Witterung ermöglichte es, dass viele Modellbetriebe die organische Herbstdüngung im Grünland möglichst lange hinauszögern konnten, um so genügend Lagerkapazität für den Winter vorhalten zu können. Daher nutzten einige Modellbetriebe den Service der mobilen Nährstoffbestimmung durch die NIRS-Sensortechnik und das Team in Triesdorf konnte nochmals unter optimalen Bedingungen die letzten noch ausstehenden Gülleproben durchführen. Beendet wurde die Messreihe schließlich am 24.11.2022.

Am 26.06.2022 fand nach zweijähriger Pause wieder der Triesdorfer Johannitag statt. Das Projekt NIRS-QS wurde im Zuge dessen der Öffentlichkeit vorgestellt. Auf dem Stand der Abteilung Pflanzenbau und Versuchswesen der Landwirtschaftlichen Lehranstalten Triesdorf wurden neben diverser Feldversuchstechnik, Sortenzüchtung, Agrobiodiversitätsprojekten auch der mobile Messprüfstand sowie ein Aufsteller mit den wichtigsten Projektzielen des Verbundvorhaben NIRS-QS ausgestellt. Die Besucher zeigten großes Interesse an der NIRS Technik bei der Wirtschaftsdüngerausbringung, sodass sich rege Diskussionen rund um den Einsatz, die Wartung und die Genauigkeit der Geräte ergaben. Auch der Einsatz zur Dokumentation im Rahmen der Düngeverordnung war oft Gesprächsthema. Vielen Landwirten war anscheinend die Zulassung für die schlagbezogene Dokumentation in Bayern noch nicht bekannt.

Am 01./02. Juni 2022 fand in Triesdorf das diesjährige Projekttreffen für das von der BLE geförderte Forschungsvorhaben „Entwicklung und Validierung eines Qualitätssicherungssystems für mobile NIRS-Systeme zur Erfassung von Nährstoffkonzentrationen in flüssigen Wirtschaftsdüngern (NIRS-QS)“ statt. Nach einer kurzen Vorstellungsrunde der NIRS-QS Projektbeteiligten und der Vertreter des Projektbeirats (LWK Schleswig-Holstein, LWK Niedersachsen, LWK Nordrhein-Westfalen, DLG e.V., VDLUFA NIRS GmbH) wurde das Projekt durch den Projektkoordinator Markus Heinz, Leiter des Pflanzenbaus und Versuchswesen an den Landwirtschaftlichen Lehranstalten in Triesdorf (LLA), vorgestellt. Zudem wurde allen Teilnehmern der mobile NIRS-Messprüfstand vorgeführt und die Vorgehensweise bei den Vergleichsmessungen erläutert. Im Anschluss an den Fachvortrag über die Labor-NIRS-Messstation an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) in Freising von Diana Andrade haben alle Teilnehmer den ersten Projekttag bei einem gemeinsamen Abendessen ausklingen lassen.

Am zweiten Tag wurden die ersten Ergebnisse der Projektpartner Hochschule Osnabrück, LLA Triesdorf und LfL Bayern anhand von Vorträgen präsentiert und im Anschluss diskutiert. Weitere Informationen zu dem Thema „Zulassung und Akzeptanz von NIRS-Sensoren“ lieferten Robert Knöferl von der LfL Bayern und Birgit Blum von der Landwirtschaftskammer Niedersachsen. Nach einer kurzen Mittagspause und einer internen Projektbesprechung endete das Projekttreffen NIRS-QS.

Während der Winterpause im Verbundvorhaben NIRS-QS am Standort Triesdorf wurde der mobile Prüfstand abteilungsübergreifend von der Abteilung Pflanzenbau und Versuchswesen für Demonstrations- und Schulungszecke an das Fachzentrum für Energie und Landtechnik (FEL) ausgeliehen. Hierbei wurde der mobile Messprüfstand im Rahmen der Aus- und Weiterbildung von Landwirtschaftsmeistern genutzt. Den angehenden Meistern wurde dabei die Funktionsweise der verschiedenen NIRS-Geräte durch die technische Lehrkraft Herrn Franz Helmle vom FEL erklärt.

Ziel der Unterrichtseinheiten war es, die angehenden Meister für die NIRS-Technik zu sensibleren und den Nutzen, den NIRS-Geräte zur Bestimmung der Nährstoffkennwerte in flüssigen Wirtschaftsdüngern haben, darzulegen. Neben der Funktionsweise und anderen technischen Informationen zum Betrieb der Geräte stand auch das Thema Wartung auf der Tagesordnung.

Zudem wurde eine wirtschaftliche Betrachtung der NIRS-Geräte bei der Abgabe und Ausbringung von flüssigen Wirtschaftsdüngern angesprochen. Weiterhin wurde der Einsatz der Geräte zu Dokumentationszwecken im Rahmen der Düngeverordnung in Bayern diskutiert. Es wurde dabei auf die Zulassung im Bundesland Bayern hingewiesen, da dort die Schätzwerte der NIRS-Geräte aktuell nur bei der einzelschlagbezogenen Dokumentation im Rahmen der Düngeverordnung verwendet werden können. Der Einsatz und die bestehenden Möglichkeiten mittels NIRS-Geräte eine Mengen- und Nährstoffbezogene Abrechnung nach Verbringensverordnung durchzuführen wurden ebenfalls diskutiert.

Am 31.08.2021 fand im Milchgewinnungszentrum der Landwirtschaftlichen Lehranstalten Triesdorf (Bezirk Mittelfranken) ein Praxistag des Experimentierfelds DigiMilch statt. Im Zuge dessen wurde das Verbundvorhaben „NIRS-QS“ erstmalig einer breiteren Öffentlichkeit vorgestellt. Zusammen mit dem Demonstrationsprojekt „Wirtschaftsdüngermanagement“ wurde eine Besucherstation mit dem Themenschwerpunkt „Ermittlung von Nährstoffgehalten in Wirtschaftsdüngern mittels NIR-Sensoren“ gestaltet.

Neben dem Messanhänger der DigiMilch-Kollegen aus Grub mit verschiedenen NIRS-Geräten wurde einer der zwei mobilen Prüfstande  im Projekt NIRS-QS den Besuchern vorgestellt. Daneben wurde zu Demonstrationszwecken der „Güllezwerg“, das Versuchsgüllefass der Landwirtschaftlichen Lehranstalten Triesdorf, welches mit einem NIRS-Gerät ausgerüstet ist, ausgestellt.

Die Teilnehmer des Praxistags lauschten gespannt den kurzen Vorträgen von Manuel Boppel (LfL-DigiMilch) und Markus König (Projekt NIRS-QS Triesdorf) zur Funktionsweise und dem Einsatz von NIR-Sensoren im Bereich Wirtschaftsdünger. Die bisherigen Erkenntnisse der DigiMilch-Wissenschaftler und die Zielsetzungen des Projekts NIRS-QS weckten großes Interesse an der Thematik, sodass sich im Anschluss an die Vorträge eine rege Diskussion entwickelte. Dabei konnten viele Fragen zum Thema Einsatzsicherheit und Praxistauglichkeit der NIRS-Geräte sowie zur Anerkennung von NIR-Sensoren zur Ermittlung von Nährstoffgehalten in Wirtschaftsdüngern in Bayern erläutert werden.

Am 30.08.2021 wurden in Triesdorf Vergleichsmessungen mit der Messstation aus Osnabrück, der Messstation aus Triesdorf und der Messstation von Manuel Boppel aus dem Experimentierfeld "DigiMilch" der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) durchgeführt. Die beiden Stationen aus Osnabrück und Triesdorf sind baugleich. Die Station von "DigiMilch" unterscheidet sich darin, dass sie vier verschiedene Sensoren verbaut hat und mit einem Güllecontainer verbunden ist, in dem die zu messende Gülle gelagert wird. Zudem befindet sich bei dieser Station der Sensor von Zunhammer in der Saugleitung. Bei dem Sensor von John Deere wird bei der LfL mit einer Fliegl-Station gemessen, sodass die Strecke zwischen den Sensoren länger ist als bei den beiden anderen Stationen.

Bei den Vergleichsmessungen wurde der Güllecontainer der Messtation der LfL zuerst mit Rindergülle befüllt. Aus diesem Container haben alle drei Stationen die Gülle gezogen und gemessen. Anschließend wurde der Container mit Wasser gereinigt und mit Biogas-Gärrest befüllt und eine erneute Messung durch die drei Stationen durchgeführt.

Am 03.08.2021 wurde die erste Messung mit dem mobilen Prüfstand auf einem Betrieb im Landkreis Osnabrück mit Rindergülle durchgeführt. Beim Messvorgang wurde zuerst circa 10 - 15 m³ Gülle durch die Station gepumpt, damit die beiden Sensoren die Inhaltsstoffe in einem homogenen Durchfluss messen können. Im Anschluss haben beide Sensoren durch manuelle Bedienung eine Minute lang gemessen und die Mittelwerte für Trockensubstanz (TS in %), Gesamt-Stickstoff (Nges in kg/m³), Ammonium-Stickstoff (NH₄-N in kg/m³), Kalium (K₂O in kg/m³) und Phosphor (P₂O₅ in kg/m³) wurden dokumentiert. Zusätzlich wurde eine Probe für die Analyse im Labor gezogen und die Spektren der beiden Sensoren aufgezeichnet.

Die Proben für die Analyse im Labor wurden direkt in Kühltaschen gelagert und bis zum Transport in das Labor eingefroren, um eine Veränderung der Zusammensetzung der Gülle zu verhindern.

Die erste Messreihe im Rahmen des Projektes "NIRS-QS" lief vom 03.08.2021 bis zum 23.08.2021. Innerhalb dieser Zeit wurden 20 verschiedene Güllen beprobt, darunter Schweinegülle, Rindergülle, Mischgülle und das Gärsubstrat von Biogasanlagen.

Am 22.06.2021 wurde der mobile Prüfstand, der für die Hochschule Onsnabrück angefertigt wurde, von den Landwirtschaftlichen Lehranstalten aus Triesdorf abgeholt. Vor Ort wurden die Projektbeteiligten der Hochschule Osnabrück Charlotte Höpker, Benjamin Feldkamp und Ingo Kortenjan durch Markus König und Friedrich Steinacker in die Funktionsweise der Sensoren und des Prüfstandes eingewiesen. Zuerst wurde theoretisch die Funktionsweise der Messtechnik erläutert und im Anschluss haben die Projektbeteiligten die Bedienung der Station bei einer praktischen Einweisung an der Biogasanlage in Triesdorf testen können.