Forschung: Nährstoffe im Gießwasser messen

In Gewächshäusern versorgen Betriebe ihre Pflanzen mit Wasser, dem sie gezielt mineralische Nährstoffe zusetzen. Das Wasser fließt in Kreisläufen und muss regelmäßig ersetzt werden; dabei gehen oft Nährstoffe verloren, die den Pflanzen noch zur Verfügung stehen könnten. Wie sich diese Verluste verringern lassen, untersucht das neue deutsch-dänische Forschungsprojekt NutriCycle. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der University of Southern Denmark (SDU) in Dänemark entwickeln dafür ein automatisiertes Sensorsystem, das einzelne Pflanzennährstoffe im Wasser erfassen soll.

Bislang lässt sich bei der Bewässerung nur abschätzen, wie viele gelöste Salze das Wasser insgesamt enthält. Die Messung beruht dabei auf einem einzelnen Messwert. Welche Nährstoffe im Überschuss vorhanden sind oder den Pflanzen fehlen bleibt allerdings offen. Eine genauere Analyse könnte Gärtnereien dabei helfen, die Pflanzen gezielter zu versorgen und dabei Wasser und Dünger zu sparen. Zugleich ließen sich Nährstoffeinträge ins Abwasser reduzieren: Gelangen Stickstoff- und Phosphorverbindungen in Gewässer, können sie dazu führen, dass Algen stärker wachsen und weniger Sauerstoff im Wasser bleibt.

Die Projektleitung liegt bei Professor Casper Kunstmann an der SDU. Auf CAU-Seite leitet Professorin Martina Gerken das Projekt. Für die dreijährige Laufzeit steht ein Gesamtbudget von etwa 1,8 Mio. Euro zur Verfügung, davon stammen rund 1,2 Mio. Euro aus dem Förderprogramm Interreg Deutschland-Danmark. An NutriCycle sind außerdem das deutsche Forschungsunternehmen NPZ Innovation in Schleswig-Holstein, das dänische Wasser- und Abwasserunternehmen VandCenter Syd und die dänische Gartenbauberatung HortiAdvice beteiligt.

Einzelne Nährstoffe statt Gesamtmessung

Um einzelne Nährstoffe zuverlässig voneinander unterscheiden zu können, entwickelt das Team ein neues Messverfahren. Dafür nutzen Forschende der SDU die Mikrofluidik: Sie analysieren sehr kleine Wassermengen in einem Chip. Chemische Reaktionen machen dort die enthaltenden Nährstoffe anhand von Farbveränderungen sichtbar.

Gerkens Arbeitsgruppe in Kiel entwickelt die optischen Sensoren, die diese Farbveränderungen erfassen. Aus diesen Daten berechnet dann das System, wie viel eines bestimmten Nährstoffs das Wasser enthält. Dafür bauen die Forschenden eine Messkammer mit Lichtquellen und Sensoren, sowie eine kompakte Einheit, die die Messung steuert und die Daten auswertet.

Zunächst will das Team herausfinden, wie viel Nitrat das Abwasser enthält, eine wichtige Stickstoffquelle für Pflanzen. Später sollen weitere Nährstoffe hinzukommen. Das Besondere: Bislang müssen Betriebe Wasserproben ins Labor schicken, um einzelne Nährstoffe bestimmen zu lassen. NutriCycle soll dies automatisch direkt am Wasserkreislauf im Gewächshaus durchführen. So könnten Betriebe gezielter düngen, Wasser recyclen und verhindern, dass wertvolle Nährstoffe ungenutzt verloren gingen.

„Ich freue mich sehr auf die deutsch-dänische Zusammenarbeit: Mit der SDU bündeln wir unsere Expertise in der Mikrofluidik. Bis Ende des Projektjahres wollen wir dann einen ersten Prototyp im Labor vorstellen, der sich für den Einsatz im Gewächshaus eignet“, sagt Gerken.

Langfristig wollen die Forschenden ein kompaktes, robustes und vergleichsweise kostengünstiges Gerät entwickeln, das man an Bewässerungssysteme in Gewächshäusern anschließen kann. Es soll künftig mit der digitalen Plattform InfoGrow zusammenarbeiten, über die sich bereits Temperatur, Heizung, Licht und Beschattung steuern lassen.

Zum Projektauftakt am 28. Oktober 2026 in Sønderborg (Dänemark) sind Gärtnereibetriebe, Unternehmen, Forschende und weitere Interessierte eingeladen.