Projekt
SOILAssist – Mit intelligenter Landbewirtschaftung Bodenfunktionen sichern und verbessern
SOILAssist: Nachhaltige Sicherung und Verbesserung von Bodenfunktionen durch intelligente Landbewirtschaftung – Ein Echtzeit-Assistenzsystem für die Praxis
SoilAssist ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt mit dem Ziel, den landwirtschaftlichen Bodenschutz bei der Befahrung von Ackerflächen ganzheitlich zu betrachten und negative Veränderungen der Bodenstruktur und -funktionalität frühzeitig zu erkennen und zu vermeiden, sowie durch angepasstes Management zu erhalten und zu verbessern. Dem Thünen-Institut für Agrartechnologie obliegt die Koordination des Verbundprojektes, die Entwicklung des Bodenmodells sowie, in Kooperation mit den Projektpartnern, die Entwicklung des Echtzeit-Assistenzsystems. Die Stabsstellen Klima und Boden verantworten die Teilprojekte „sozioökonomische Analysen“ und „Akzeptanz und Wissenstransfer“. Das Verbundprojekt SOILAssist ist Teil der Fördermaßnahme BONARES des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.
Im Februar 2022 begann nach erfolgreichem Abschluss der zweiten Phase die dritte Förderphase von drei Jahren. In den kommenden Jahren werden die Arbeiten aus der zweiten Phase weitergeführt und die Ergebnisse, Produkte, Tools und Modelle abgeschlossen. Ausführliche Ergebnisse finden Sie auf der SOILAssist Homepage.
Hintergrund und Zielsetzung
Landwirtschaftliche Maschinen haben in den letzten Jahren und Jahrzehnten an Größe und Gesamtmasse zugenommen. In der Regel für spezielle Anwendungen entwickelt, fordern teure Spezialmaschinen hohe Auslastungsgrade und stoßen damit allzu oft an die Grenzen einer bodenschonenden Befahrbarkeit. Dies kann unter ungünstigen Bedingungen erhebliche negative Auswirkungen auf die Bodenstruktur und die vielfältigen Bodenfunktionen haben – mit ökologischen und ökonomischen Folgen für das gesamte Produktionssystem. Um die Ressource Boden nachhaltig zu nutzen, muss die Landbewirtschaftung verstärkt auf den Bodenschutz und die Verbesserung von Bodenfunktionen abgestimmt werden, ohne jedoch die ökonomischen Randbedingungen aus den Augen zu verlieren. Das SOILAssist-Konsortium möchte hierzu einen wichtigen Beitrag leisten.
Zielgruppe
Wissenschaft und Forschung, Bodenforschungsgemeinschaft, landwirtschaftliche Betriebe und Verbände, landwirtschaftliche Berater, Ausbildung, Politik.
Vorgehensweise
- Untersuchen der Effekte von Mehrfachüberrollungen landwirtschaftlicher Maschinen mit unterschiedlichen Radlasten auf den Boden (Druck-/Setzungsmessungen, bodenphysikalische Untersuchungen an ungestörten Stechzylindern etc.),
- Ermitteln von Fahrrouten für unterschiedliche Maschinen und Fahrzeuge im Feld mit Hilfe hochauflösender GPS-Geräte,
- Messungen mit einem Multi-Sensor-System an der Maschine (Abplattung, Spurtiefe, Gesamtgewicht, Reifeninnendruck, Kontaktfläche etc.),
- Messungen im Feld (Eindringwiderstand, Bodenfeuchte, Heterogenitäten innerhalb des Feldes etc.),
- Bodenuntersuchungen an ungestörten Stechzylindern,
- Messungen im Labor, um die Veränderungen von Bodenfunktionen durch Befahrung zu identifizieren,
- Bodenmodellierung (Bodendruck, -deformation und -funktionsmodell),
- Feldtage und thematische Workshops,
- Erstellen von Fragebögen für Landwirte und
- Sozioökonomische Bewertung
Unsere Forschungsfragen
Inwieweit kann die Anwendung von Multi-Sensor-Daten aus minimal oder nicht-invasiven Messungen eine Schätzung der Verdichtungseffekte im Boden innerhalb eines Feldes ermöglichen?
Welche Indikatoren sind geeignet, um Veränderungen in der Bodenstruktur und den Bodenfunktionen durch Fahrverkehr auf dem Feld zu bewerten? Können wir Grenzwerte für ein nachhaltiges Bodenmanagement definieren?
Wie müssen optimierte landwirtschaftliche Verfahrensketten aussehen, um Bodenfunktionen und Bodenqualität zu erhalten bzw. zu verbessern?
Können Ansätze zur Simulation von Bodendrücken und Bodendeformationen durch Befahrung und daraus folgende Effekte auf Bodenfunktionen einen Beitrag zu einem "on-board"-Assistenzsystem zur Optimierung des Schlagmanagements leisten?
Wie sehen die ökonomischen Effekte eines nachhaltigen Fahrverkehrs auf dem Acker aus und wie hoch sind die Kosten und der Nutzen eines bodenschonenden Schlagmanagements?
Vorläufige Ergebnisse
Es wird ein on-board-Assistenzsystem für die Praxis entwickelt und implementiert, das mögliche negative Bodenveränderungen anzeigt und optimierte Maschinenparameter und Fahrrouten vorschlägt. Dies ermöglicht eine maximale Bodenschonung unter den gegebenen Randbedingungen. Ergänzend werden Handlungsempfehlungen abgeleitet und ein Planungssystem entwickelt, das Landwirten Entscheidungshilfen für ein vorausschauendes, bodenschonendes Management bietet. Darüber hinaus werden die sozioökonomischen Folgen unterschiedlicher Managementoptionen abgebildet und bewertet.
Links und Downloads
Thünen-Ansprechperson
Thünen-Beteiligte
- Germer, KaiAT Institut für Agrartechnologie
- Jacobs, AnnaKB Stabsstelle Klima und Boden
- Lorenz, MarcoAT Institut für Agrartechnologie
- Osterburg, BernhardKB Stabsstelle Klima und Boden
- Peters, AndreAT Institut für Agrartechnologie
- Prilop, KarenKB Stabsstelle Klima und Boden
- Siekmann, MaikeAT Institut für Agrartechnologie
Beteiligte externe Thünen-Partner
- Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
(Kiel, Deutschland) - Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI), Robotics Innovation Center
(Osnabrück, Deutschland) -
Universität Osnabrück
(Osnabrück, Deutschland)
Geldgeber
-
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
(national, öffentlich)
Zeitraum
8.2015 - 1.2025
Weitere Projektdaten
Projektstatus:
läuft
Publikationen zum Projekt
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Peters A, Germer K, Naseri M, Rolfes L, Lorenz M (2025) Modeling compaction effects on hydraulic properties of soils using limited information. Soil Tillage Res 246:106349, DOI:10.1016/j.still.2024.106349
- 1
Bosse J, Durner W, Peters A (2024) Effect of salt concentration on osmotic potential in drying soils - Measurement and models. Eur J Soil Sci 75(5):e70001, DOI:10.1111/ejss.70001
- 2
Prilop K, Jacobs A, Steinhoff-Knopp B (2024) Formal and informal learning on soil compaction and its prevention in Germany. BonaRes, 32 p, BonaRes Series 2024/2, DOI:10.20387/71j3-fd02
- 3
Martínez I, Stettler M, Lorenz M, Brunotte J, Weisskopf P, Sommer M, Keller T (2024) Immediate effects of wheeling with agricultural machinery on topsoil gas transport properties and their anisotropy. Soil Tillage Res 241:106126, DOI:10.1016/j.still.2024.106126
- 4
Dittmann D, Seelig AH, Thalmann M, Wilkes T, Junghans V, Zahn D, Klitzke S, Peters A, Haberkamp J, Ruhl AS (2024) Potential and risks of water reuse in Brandenburg (Germany) - an interdisciplinary case study. Water Reuse 14(1):1-15, DOI:10.2166/wrd.2024.081
- 5
Peters A, Durner W, Iden SC (2024) The PDI model system for parameterizing soil hydraulic properties. Vadose Zone J 23(4):e20338, DOI:10.1002/vzj2.20338
- 6
Peters A, Iden SC, Durner W (2023) Prediction of absolute unsaturated hydraulic conductivity - comparison of four different capillary bundle models. Hydrol Earth Syst Sci 27(24):4579-4593, DOI:10.5194/hess-27-4579-2023
- 7
Ledermüller S, Prilop K, Jacobs A (2022) Befragungsergebnisse: Bodenschonende Maßnahmen und neue Technologien in Lohnunternehmen : Thünen-Institut befragt Lohnunternehmen. LU-aktuell 2022(7):30-32
- 8
Brunotte J, Lorenz M, Weise M (2021) Boden schonen trotz enger Zeitfenster. DLG Mitt(2):70-73
- 9
Brunotte J, Lorenz M, Weise M (2021) Bodenschonend fahren - aber wann? Eilbote 69(14):10-13
- 10
Ledermüller S, Brunotte J, Lorenz M, Osterburg B (2020) Arbeitsbericht: Verbesserung des physikalischen Bodenschutzes bei der Wirtschaftsdüngerausbringung im Frühjahr - Herausforderungen und Lösungsansätze. Halle (Saale): BonaRes-Zentrum für Bodenforschung, 30 p, BonaRes Series, DOI:10.20387/BonaRes-ESZ2-NRV9
- 11
Techen A-K, Helming K, Brüggemann N, Veldkamp E, Reinhold-Hurek B, Lorenz M, Bartke S, Heinrich U, Amelung W, Augustin K, Boy J, Corre MD, Duttmann R, Gebbers R, Gentsch N, Grosch R, Guggenberger G, Kern J, Kiese R, Kuhwald M, et al (2020) Chapter Four - Soil research challenges in response to emerging agricultural soil management practices. Adv Agron 161:179-240, DOI:10.1016/bs.agron.2020.01.002
- 12
Kuhwald M, Hamer WB, Brunotte J, Duttmann R (2020) Soil penetration resistance after one-time inversion tillage: a spatio-temporal analysis at the field scale. Land 9(12):482, DOI:10.3390/land9120482
- 13
Augustin K, Kuhwald M, Brunotte J, Duttmann R (2020) Wheel load and wheel pass frequency as indicators for soil compaction risk: A four-year analysis of traffic intensity at field scale. Geosci 10(8):292, DOI:10.3390/geosciences10080292
- 14
Augustin K, Kuhwald M, Brunotte J, Duttmann R (2019) FiTraM: A model for automated spatial analyses of wheel load, soil stress and wheel pass frequency at field scale. Biosyst Eng 180:108-120, DOI:10.1016/j.biosystemseng.2019.01.019
- 15
Ledermüller S, Lorenz M, Brunotte J, Fröba N (2018) A multi-data approach for spatial risk assessment of topsoil compaction on arable sites. Sustainability 10(8):2915, DOI:10.3390/su10082915
- 16
Brunotte J, Lorenz M, Senger M, Epperlein J (2018) Chapter II/15: A simple soil structure assessment for the farmer. In: Sychev VG, Mueller L (eds) Novel methods and results of landscape research in Europe, Central Asia and Siberia : Monograph in 5 Volumes ; Vol. II Understanding and monitoring processes in soils and water bodies. Moscow: FGBNU "VNII agrochimii", pp 74-78, DOI:10.25680/6680.2018.72.78.112
- 17
Brunotte J, Duttmann R, Augustin K, Kuhwald M (2018) Chapter II/60: Analysis and modeling of field traffic intensity in farming landscapes using gis. In: Sychev VG, Mueller L (eds) Novel methods and results of landscape research in Europe, Central Asia and Siberia : Monograph in 5 Volumes ; Vol. II Understanding and monitoring processes in soils and water bodies. Moscow: FGBNU "VNII agrochimii", pp 279-284, DOI:10.25680/2112.2018.56.77.157
- 18
Lorenz M, Brunotte J, Fröba N, Löpmeier F-J (2018) Chapter IV/20: Principles of soil conserving traffic on arable land - adaption of load input by agricultural machines to the susceptibility of soil to compaction. In: Sychev VG, Mueller L (eds) Novel methods and results of landscape research in Europe, Central Asia and Siberia : Monograph in 5 Volumes ; Vol. IV Optimising agricultural landscapes. Moscow: FGBNU "VNII agrochimii", pp 101-106, DOI:10.25680/1281.2018.93.92.285
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Kuhwald M, Blaschek M, Brunotte J, Duttmann R (2017) Comparing soil physical properties from continuous conventional tillage with long-term reduced tillage affected by one-time inversion. Soil Use Manag 33:611-619, DOI:10.1111/sum.12372
- 20
Brunotte J, Lorenz M (2017) Optimierter Maschineneinsatz für eine bodenschonende Silomaisernte : Anpassung der mechanischen Belastung an die Verdichtungsempfindlichkeit von Böden. Mais 44(4):176-180
- 21
Lorenz M, Brunotte J, Fröba N (2017) Optimierter Maschineneinsatz schont den Boden : Anpassung der Lasteinträge landwirtschaftlicher Maschinen an die Verdichtungsempfindlichkeit des Bodens. Landwirtsch Ohne Pflug 22(12):36-41
- 22
Lorenz M, Brunotte J, Vorderbrügge T, Brandhuber R, Koch HJ, Senger M, Fröba N, Löpmeier F-J (2016) Anpassung der Lasteinträge landwirtschaftlicher Maschinen an die Verdichtungsempfindlichkeit des Bodens - Grundlagen für ein bodenschonendes Befahren von Ackerland. Landbauforsch Appl Agric Forestry Res 66(2):101-144, DOI:10.3220/LBF1473334823000
