01.06.2021

Nitrat in Ackerböden

Der Einsatz großer Mengen an Düngemitteln führt weltweit zu einer steigenden Nitratbelastung von Ackerland. Bisher gibt es aber kein Verfahren, mit dem der Nitratgehalt im Boden kontinuierlich über eine größere Fläche hinweg gemessen werden kann. Ein neues Forschungsvorhaben an der Universität Bayreuth unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer will dies jetzt ändern. Auf der Grundlage der elektrischen Impedanzspektroskopie soll eine Technik entwickelt werden, die auf landwirtschaftlich genutzten Feldern großflächige Nitratmessungen ermöglicht. Die VolkswagenStiftung fördert das Vorhaben aus ihrem Programm „Experiment!” für bis zu zwei Jahre. Bei Laboranalysen von Materialien hat sich die elektrische Impedanzspektroskopie (EIS) hervorragend bewährt. Anhand der gemessenen Spektren kann man Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung von Materialien schließen, beispielsweise von Gießereisand, Sandmischungen (Quarz, Chromit) oder organischem Material (Kohlenstoff). Auch die prozentualen Anteile der jeweiligen Bestandteile lassen sich zuverlässig ermitteln. Doch es ist unklar, ob sich diese Informationen mit gleicher Zuverlässigkeit auch in der freien Natur gewinnen lassen. Daher wollen die Forschenden die elektrische Impedanzspektroskopie so weiterentwickeln, dass sie auf Ackerflächen zur Messung von Nitratkonzentrationen anwendbar ist. Eine wesentliche Herausforderung liegt darin, dass es eine Reihe von Faktoren gibt, welche 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 muss in der Lage sein, alle diese Einflüsse aus den Messdaten herauszurechnen. Wenn die Forschungsergebnisse positiv sind, soll ein Pilotprojekt gestartet werden. Geplant ist ein Demonstratorsystem, um dieses auf landwirtschaftlichen Geräten, beispielsweise auf Traktoren, zu installieren. Diese Apparatur wird es grundsätzlich ermöglichen, Nitratkonzentrationen im Boden kostengünstig, schnell und flächendeckend zu messen.