Düngemittelanordnung

Die Erfindung betrifft eine Düngemittelanordnung zur Düngung, insbesondere zur Unterfußdüngung und/oder Oberflächenapplikation, vorzugsweise von Reihenkulturen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser Düngemittelanordnung, dessen Verwendung sowie ein Verfahren zur Düngung von Reihenkulturen unter Verwendung der Düngemittelanordnung.

Stand der Technik

Bei den im Handel erhältlichen Düngemitteln kann je nach Aggregatzustand zwischen „festen“ (Düngergranulate oder -salze) und „flüssigen“ Düngemitteln (Düngerlösungen und -Suspensionen) unterschieden werden. Die konventionelle mineralische Düngung auf dem Feld erfolgt überwiegend in mineralischer, granulärer Form über Düngestreuer. Wirtschaftsdünger (Mist, Gülle, Gärreste, etc.) werden über Mist-ZGüllestreuer und Schleppschläuche auf dem Feld verteilt und im direkten Anschluss oberflächlich mittels Grubber o. ä. eingearbeitet. Die konventionelle Ausbringung führt zu Problemen wie Verflüchtigung (durch Abbau im Boden oder durch Sonneneinstrahlung), Fixierung an Bodenmineralien (Bildung unlöslicher Fraktionen) oder Auslaugung ins Grundwasser, bzw. Auswaschung/Abtrag in Oberflächengewässer. Diese Probleme hängen sowohl mit der Exposition des Düngers als auch mit der großflächigen, d. h. wenig zielgerichteten Ausbringung zusammen. Ferner kann es nach Regenereignissen, sowie durch inhomogene Bodenstrukturen zu hoch konzentrierten Bereichen und anderen Bereichen mit Nährstoffmangel für die Pflanzen kommen.

Flüssige Wirtschaftsdünger werden zudem oberflächlich durch Einritzen des Oberbodens in den Boden eingetragen, beispielsweise im Rahmen der Streifenbodenbearbeitung. In Gärtnerkulturen werden granuläre Dünger in die Substrate/Böden aufgetragen bzw. eingearbeitet, bzw. als Sticks, Kegel, oder in anderer Form in den Boden nahe der Pflanze platziert, wo diese als Langzeit-Depotdünger dienen. In beiden Fällen ist jedoch die Auslaugung eine offene Frage, besonders in den Gebieten, die unter unregelmäßigen und intensiven Regenfällen leiden. In beiden Fällen kann die Homogenität ein Problem sein, abhängig von der Qualität des Applikationssystems.

Bei konventioneller Düngemittelapplikation kommt es häufig zu großen Verlusten durch Auswaschung, oberflächlichen Abfluss, Mineralisation und zu Verlusten durch schlechte Platzierung, d.h. dass der Dünger nicht primär den Zielpflanzen im Wurzelbereich zugutekommt. Ferner kann es zu Belästigungen durch Düngerstäube und Gerüche (z.B. bei Gülle) kommen sowie zu einem unerwünschten Eintrag der Düngemittelbestandteile in das Grundwasser. Insbesondere der hohe Eintrag von Nitrat ins Grundwasser als Folge des großflächigen Einsatzes von Düngemitteln in der Landwirtschaft, veranlasste den Europäischen Gerichtshof 2016, Deutschland wegen Verstoßes gegen EU-Recht zu verurteilen [1]. Im Jahr 2019 wurde Deutschland durch die Europäische Kommission zur Umsetzung des EuGH-Urteils zur Reduktion der Nitrat-Werte im Grundwasser ermahnt [2], Die Vermeidung von Nährstoffaustrag durch zielgerichtetes, räumlich und zeitlich begrenztes Ausbringen ausgewogener Dünger im Pflanzenbau ist demnach von hoher Wichtigkeit.

Aufgabe und Lösung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, neue Lösungen bereitzustellen, mit denen die Nachteile der bisher bekannten Düngemittelapplikationen behoben werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, präzise eine lokal, vorzugsweise im direkten Wurzelbereich der Pflanzen, angeordnete und einfach handhabbare, kontinuierliche Versorgung von Pflanzen mit den gewünschten und erforderlichen Nährstoffen durch Düngemittel ohne Auswaschung oder Verflüchtigung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Düngemittelanordnung gemäß Hauptanspruch, ein Verfahren zu seiner Herstellung, dessen Verwendung sowie ein Verfahren zur Düngung von Pflanzen, insbesondere von Pflanzen in Reihenkulturen, gemäß Nebenansprüchen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüchen. Gegenstand der Erfindung

Im Rahmen der Erfindung wurde eine Düngemittelanordnung enthaltend wenigstens Nährstoffe oder Nährstoffquellen entwickelt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Düngemittelanordnung aus einem flexiblen und vorzugsweise aus einem organischen, biologisch abbaubarem Trägermaterial oder einer Zusammensetzung unterschiedlicher Trägermaterialien, beispielsweise auf Polymer- oder Biomassebasis, besteht und vorzugsweise in Form von Platten, Bahnen, Drähten und/oder Schnüren ausgestaltet ist.

Die erfindungsgemäße Düngemittelanordnung löst präzise das gezielte und lokal im Wurzelbereich der Pflanzen Ausbringungsproblem von Düngemitteln, indem sie den Dünger, die Düngemittel, im Folgenden allgemein als Nährstoffe bezeichnet, ganz gezielt in den Boden lenkt, d.h. die Platten, Bahnen und insbesondere die Ausgestaltung als "Draht" oder „Schnur“ ermöglichen es, die Nährstoffe so gut wie möglich lokal in der Saatlinie zu führen und auch bisher nach dem Stand der Technik bekannte Homogenitätsprobleme zu vermeiden.

Das Trägermaterial oder die Zusammensetzung unterschiedlicher Trägermaterialien ist flexibel. Neben der flexiblen Eigenschaft kann das Trägermaterial oder die Zusammensetzung unterschiedlicher Trägermaterialien auch noch elastische Eigenschaften aufweisen.

Unter der Bezeichnung und Eigenschaft Flexibilität wird im Rahmen der Erfindung die Fähigkeit der Düngemittelanordnung zur spontanen Anpassung zur reversiblen Formveränderung (Verbiegung, Torsion) unter sich verändernden Belastungen verstanden. Die Flexibilität der Düngemittelanordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sie in Form von Schnüren, Drähten, Platten oder Bahnen in aufgerollter Form konfektioniert ist, da ein Reißen und Abbrechen dieser Ausgestaltungsformen dadurch vermindert werden kann.

Unter der Bezeichnung Elastizität wird im Rahmen der Erfindung die Fähigkeit der Düngemittelanordnung verstanden, sich um mindestens 1 % der ursprünglichen Länge zu dehnen und bei Wegnahme der Last auf die ursprüngliche Größe zurückzukehren, wobei es keine Grenze für die maximale Dehnung gibt. Die mechanischen Eigenschaften der Düngemittelanordnung können von minimalen Werten für die Manipulation (z.B. Zugfestigkeit >1 MPa, Streckdehnung >1 % und Bruchdehnung von 10-15%) bis zu typischen Werten von polymeren Materialien (Zugfestigkeit von 30 - 60 MPa, Streckdehnung 10-15% und Bruchdehnung >50%) reichen. Diese Werte dienen der Veranschaulichung und die Materialien sollten nicht auf diese Bereiche beschränkt werden, d. h. höhere Werte der mechanischen Festigkeit sind ebenfalls akzeptabel.

Bei der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung enthaltend wenigstens Nährstoffe, können die Nährstoffe zum einen direkt im Trägermaterial eingebettet sein. Zum anderen können sie zusätzlich oder alternativ so im Trägermaterial vorliegen, dass sie außerdem noch mit einem zusätzlichen Material, welches vorzugsweise wasserlöslich ist, umhüllt oder ummantelt sind. Beispiele für wasserlösliche Materialien sind Biopolymere wie Stärke, Poly-Milchsäure (PLA) und Pektin sowie synthetische Polymere wie Polyvinylalkohol und Polyethylenglykol.

Unter der Bezeichnung Nährstoffe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die von der Pflanze zum Wachstum und zur Aufrechterhaltung des Stoffwechsels benötigten chemischen Elemente verstanden, insbesondere die Elemente N, P, K, S sowie Mikronährstoffe (Zn, Co, Mo, usw.).

Als Nährstoffquellen, die für die Düngemittelanordnung eingesetzt werden, können beispielsweise Harnstoff, der zu NH4 ⁺ hydrolysiert wird, Apatite, die sich unter Bildung von PC>4 ³ ' im Gleichgewicht mit Ca2 ⁺ auflösen, und andere genannt werden. Im Rahmen der Erfindung werden unter der Bezeichnung Nährstoffquellen Spezies verstanden, die einen Nährstoff in ihrer Struktur enthalten und in der Lage sind, ihn durch einen chemischen Prozess so freizusetzen, dass eine pflanzenresorbierbare Verbindung entsteht, wie beispielsweise NH4 ⁺ , PC ³ , K ⁺ , etc.

Die Düngemittelanordnung kann Nährstoffe einer variablen Nährstoffzusammensetzung enthalten, ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend wenigstens Makronährstoffe, Mikronährstoffe, Hilfsstoffe und/oder Mikroorganismen. Als Makronährstoffe können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, N, P, K, Mg, S, Ca, genannt werden. Als Mikronährstoffe können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Zn, Mo, B, Mn, Fe, genannt werden. Als weitere Hilfsstoffe der Düngemittelanordnung können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Wachstumsförderer, Herbizide, Fungizide, Nematozide sowie Mikroorganismen (Bakterien, Pilze), die eine direkte oder indirekte Rolle bei der Bodenfruchtbarkeit, Nährstoffmobilisierung im Boden, oder beim biologischen Pflanzenschutz spielen, genannt werden. Die im Folgenden beispielhaft, jedoch nicht darauf beschränkt, genannten kommerzialisierten Bakterieninokulanten, die hauptsächlich auf pflanzenwachstumsfördernden Bakterien basieren, könnten für die Düngemittelanordnung herangezogen werden: Agrobacterium radiobacter, Azospirillum brasilense, Azospirillum lipoferum, Azotobacter chroococcum, Bacillus firmus, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium, Bacillus mucilaginous, Bacillus pumilus, Bacillus spp., Bacillus subtilis, Bacillus subtilis var. amyloliquefaciens, Burkholderia cepacia, Delftia acidovorans, Paenibacillus macerans, Pantoea agglomerans, Pseudomonas aureofaciens, Pseudomonas chlororaphis, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas solanacearum, Pseudomonas spp., Pseudomonas syringae, Serratia entomophila, Streptomyces griseoviridis, Streptomyces spp., Streptomyces lydicus, und Rhizobium spp., zum Schutz vor pilzlichen pflanzenpathogenen Bakterien der Gattung Bacillus, wie beispielweise, aber nicht darauf beschränkt Bacillus licheniformis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, und Bacillus thuringiensis [3]. Insbesondere bei der Solubilisierung unlöslicher Formen von Phosphor im Boden könnte die Verwendung von Phosphat-solubilisierenden Mikroorganismen in der Düngemittelandordnung von Vorteil sein. Diese umfassen einschließlich, aber nicht ausschließlich, Gattungen wie Achromobacter, Agrobacterium, Bacillus, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterium, Gluconacetobacter, Mycobacterium, Pseudomonas und Serratia. Die mikrobiell induzierte Phosphorsolubilisierung im Boden erfolgt hauptsächlich durch biologische Mechanismen wie die Produktion von sauren Phosphatasen, die helfen, organischen Phosphor im Boden zu mineralisieren. Leguminosen können symbiotisch mit Bodenbakterien interagieren, die unter der Bezeichnung Rhizobien bekannt sind, und die in der Lage sind atmosphärischen Stickstoff zu fixieren und diesen in Form von Ammoniak (NH3) als erstes stabiles Produkt der Stickstoff-Fixierung der Pflanze für ihr Wachstum und Entwicklung bereitzustellen. Dazu gehören die Gattungen Bradyrhizobium, Sinorhizobium/Ensifer, Mesorhizobium, Rhizobium, Azorhizobium, Neorhizobium und Pararhizobium als diazotrophe Bakterien, die in die Pflanze eindringen können und dort Wurzelknöllchen bilden, und ebenfalls, jedoch nicht darauf beschränkt, in die Düngemittelanordnung eingearbeitet werden können. Pflanzenwachstumsfördernde Pilze oder ihre Sporen, die der Düngemittelanordnung zugesetzt werden können, sind beispielweise, aber nicht darauf beschränkt, Organismen der Gattungen Trichoderma, Talaromyces, Fusarium, Phytophthora, Penicillium, Rhizoctonia, Gliocladium, Phoma, Aspergillus, Fusarium, Talaromyces und Mortierella [4].

Mikroorganismen, Pilze, oder Sporen dieser können bei ihrer Freisetzung (durch Auflösung/Abbau der Düngemittelanordnung) die Pflanzengesundheit direkt oder indirekt begünstigen und fördern, z.B. durch die unterstützende Freisetzung von Nährstoffen aus der Düngemittelanordnung selbst und aus dem umliegenden Boden. Dies kann z.B. durch Beeinflussung des pH-Wertes oder synergistische Effekte bei der Mobilisierung und Aufnahme von Nährstoffen (gelöste Makronährstoffe und Mikronährstoffe), bzw. durch kompetitive Effekte zur Unterdrückung von bodenbürtigen Pflanzenpathogenen erfolgen. Voraussetzung dabei ist, dass die einzusetzenden Mikroorganismen, bzw. Pilze und/oder ihre Sporen im Verarbeitungsprozess der Düngemittelanordnung vital bleiben, sodass diese nach Freisetzung im Boden ihre fördernde Funktion im Boden und an der Pflanze erfüllen können.

Die Düngemittelanordnung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus einem organischen, vorzugsweise biologisch abbaubaren Material gebildet ist. Das Trägermaterial kann dabei bevorzugt aus organischem Material bestehen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend, aber nicht darauf beschränkt, beispielsweise aus Stärke, Lignin, modifizierten Cellulosen, Pektin, Chitosan, Polyglycerine, Poly-Milchsäure, Polyhydroxybutiral, Polyvinylalkohole, Polycaprolactone, Polyethylenglykol oder Ölen, und auch aus einer Zusammensetzung oder Kombinationen unterschiedlicher organischer Materialien. Durch den Abbau des organischen Trägermaterials wird zudem die lokale Bodenfruchtbarkeit durch mikrobielle Stimulation gefördert.

Das Trägermaterial der Düngemittelanordnung kann vorteilhaft quellende und/oder wasserspeichernde Eigenschaften aufweisen. Quellende und/oder wasserspeichernde Eigenschaften können vorteilhaft dazu führen, auch bei Trockenheit des Bodens die Pflanzen weiterhin lokal mit gelösten Nährstoffen oder Wasser zu versorgen. Die Trägermaterialien sollten in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Wasseraufnahmekapazität von 40-100% aufweisen. Im Falle von Stärke als Trägermaterial, kann mehr als 50 bis 80% des Gewichtes als Wasser (Feuchtigkeit) aufgenommen werden. Daher ist die Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit im Feld tendenziell höher als bei typischen Mineral- oder Wirtschaftsdüngern. Das Lösungsverhalten hängt von der Auflösung der Stärke als Trägermaterial, sowie von der Löslichkeitsgrenze des jeweiligen Nährstoffs ab, z. B. von der Löslichkeit von Harnstoff als Beispiel für eine Stickstoffquelle, oder anderen Nährstoffquellen.

Andere quellbare, hochquellbare und/oder wasserspeichernde Trägermaterialien, wie beispielsweise Hydrogelpolymere, können zusätzlich in das Trägermaterial der Düngemittelanordnung eingearbeitet werden, um die Wasseraufnahmefähigkeit und die Auflösungs- oder Disaggregationsbeständigkeit in Flüssigkeiten (einschließlich Wasser) zu erhöhen. Beispielsweise können Hydrogelpolymere (z. B. Polymere auf Polyacrylamid- und Polyacrylatbasis, Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol sowie Hydrogele auf natürlicher Basis, z. B. Kollagen, Gelatine u. a.) in gering eingesetzten Mengen (<2 Gew.-%) die mechanische Festigkeit der Düngemittelanordnung um mehr als 20% erhöhen. Mischungen mit höheren Gehalten (z. B. 20 Gew.-%) können das Wasseraufnahmevermögen und die Auflösungsbeständigkeit beim Eintauchen in Wasser um mehr als das 100-fache erhöhen, da die typische Quellfähigkeit von Hydrogelen im Bereich von 20 bis 200 liegt (d.h. 1 g Polymer kann 200 g Wasser aufnehmen, was einem Wert der Quellfähigkeit von 200 entsprechen würde).

Die Düngemittelanordnung kann noch weitere Hilfsstoffe umfassen, die zwar keine Nährstoffquellen in direkter Form darstellen, aber der Düngemittelanordnung zusätzliche vorteilhafte Eigenschaften verleihen können, wie beispielsweise eine erhöhte Stabilität oder eine Erhöhung der Wasserspeicherkapazität. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Düngemittelanordnung daher dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial als Hilfsstoff Verstärkungsmaterial umfasst. Dieses Verstärkungsmaterial kann dabei Materialien umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fasern, Naturfasern, Nanofasern, mineralischen Füllstoffen oder Kombinationen aus diesen. Als Verstärkungsmaterialien sind beispielsweise Naturfasern, Nanofasern (z. B. mikrofibrillierte Zellulose, Nanozellulose), mineralische Füllstoffe (z. B. Tone, Mineraloxide), geeignet. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung kann die Freisetzungskontrolle (langsame und kontrollierte Freisetzungszusammensetzungen), die mechanische Beständigkeit, die UV-Lichtbeständigkeit (Beständigkeit gegen Degradation, z.B. während Lagerung), die Dehnbarkeit und die Verarbeitbarkeit (Leichtigkeit der Verarbeitung) der Düngemittelanordnung verbessert werden.

Die Düngemittelanordnung kann vorteilhaft auch noch Zusatzstoffe enthalten. Unter der Bezeichnung Zusatzstoffe wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Material oder jede Chemikalie verstanden, welche die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung chemisch und/oder physikalisch verändert, wie beispielsweise eine Erhöhung der Plastizität, der mechanischen Festigkeit, der Wasseraffinität oder -aufnahme, der Löslichkeit und anderes. Zusatzstoffe können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, auch Pflanzenschutzmittel, Nitrifikationshemmer (z.B. Piadin®), Bakterien und Pilze, bzw. ihre Überdauerungsformen und/oder Sporen oder Stimulantien sein.

Durch die Auswahl geeigneter Materialien und deren Zusammensetzung für das Trägermaterial können die Eigenschaften der Düngemittelanordnung hinsichtlich ihrer Flexibilität und auch Elastizität variiert und eingestellt werden. Ein höherer Polymeranteil im Trägermaterial führt beispielsweise zu einer flexibleren Düngemittelanordnung, während ein höherer Nährstoffgehalt, aufgrund mineralischer Inhaltsstoffe, eher zu spröden, starren Materialeigenschaften der Düngemittelanordnung führt.

Es sind jedoch auch Variationen möglich, bei denen der Nährstoffgehalt im Trägermaterial beispielsweise die Flexibilität und Elastizität der Düngemittelanordnung erhöhen kann: Harnstoff wirkt beispielsweise als Weichmacher für Stärke, was bedeutet, dass ein harnstoffbeladenes Trägermaterial gleichzeitig als Weichmacher und auch als Nährstoffquelle wirken kann. In jedem Fall ist jedoch der „Kunststoff-Anteil des Trägermaterials der Düngemittelanordnung dafür verantwortlich, dieser die Flexibilität oder Elastizität zu verleihen, was bedeutet, dass diese Flexibilität und Elastizität variieren kann. Unter dem Begriff „Kunststoff“ werden im Rahmen der Erfindung alle biologisch abbaubaren Materialien und Bestandteile des Trägermaterials in der Düngemittelanordnung verstanden, die durch die Einwirkung einer äußeren Belastung verformt werden können, ohne zu brechen. Diese Bestandteile oder Materialien können beispielsweise Zusammensetzungen aus synthetischen Polymeren (z.B. Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol, Polyhydroxibutiral, usw.) und Biopolymere (z.B. Stärke, Lignin, modifizierte Cellulosen, Pektin, Chitosan, usw.) umfassen. Aus diesen Materialien und Bestandteilen können dann die in der Düngemittelanordnung enthaltenen Nährstoffe sukzessive freigesetzt werden.

Die Mengenverhältnisse von Trägermaterial zu Nährstoffen können vorzugsweise bei 20-50 Gew.-% der Düngemittelanordnung liegen. Als Beispiel könnte eine endlosschnurförmige Düngemittelanordnung zu 20 Gew.-% aus thermoplastischer Stärke und zu 80 Gew.-% aus Harnstoff bestehen, was einen Nährstoffgehalt von 36 Gew.-% N garantiert. Die Zusammensetzung der Nährstoffe kann dabei auch variieren und mehr als nur einen Nährstoff enthalten.

An Hand der folgenden zusätzlichen Erläuterungen und eines Rechenbeispiels soll die Bestimmung des Nährstoffgehalts in der Düngemittelanordnung zum besseren Verständnis im Folgenden noch einmal genauer beschrieben werden. Die Nährstoffkonzentration sollte auf den Endgehalt in der Düngemittelanordnung normiert werden, da dies der Wert ist, der für den Agronomen nützlich ist (zur Berechnung der Düngermengen). Bei einem Anteil von 20-50 Gew.-% Trägermaterial zu einem Anteil von 80-50 Gew.-% Nähstoffmenge, würde eine Endkonzentration von N, wenn beispielsweise Harnstoff als Nährstoff eingesetzt wird, in der Düngemittelanordnung von 36 Gew.-% vorliegen. Die rechnerischen 36 Gew.-% beziehen sich auf den N-Gehalt des Nährstoffs, in diesem Fall Harnstoff: Da Harnstoff zu 44-45% N in seiner Zusammensetzung enthält, ergibt eine Mischung aus 80 Gew.-% Harnstoff plus 20 Gew.-% Trägermaterial eine Endkonzentration von 36 Gew.-% N (den eigentlichen Nährstoff).

Durch den wechselseitigen Einfluss von Bodenfeuchtigkeit und Durchwurzelung auf die Freisetzung der Nährstoffe und/oder auch Zusatzstoffe im Wurzelraum, d. h. im Boden, können die Nährstoffe direkt von den Pflanzen aufgenommen werden. Dadurch werden im Vergleich zu konventionellen, oberflächlich aufgetragenen oder nur oberflächlich eingearbeiteten Mineral- oder Wirtschaftsdüngern Emissionen durch Auswaschung, Abtrag und/oder Verflüchtigung durch Mineralisation (z. B. bei Stickstoff) vermieden. Eine Applikation der Düngemittelanordnung in Form von Schnüren, Drähten, Platten oder Bahnen zwischen den Saatreihen, kann zudem durch die dadurch bewirkte lokale Düngergabe eine bessere Durchwurzelung der Saatreihen oder Reihenkulturen bewirken.

Der Abbau der Düngemittelordnung und damit die Freisetzung der Nährstoffe und/oder auch der Zusatzstoffe werden sowohl durch die Bodenfeuchte als auch durch die Durchwurzelung der Pflanzen sowie auch durch die mikrobiellen bzw. pilzlichen Wechselwirkungen beeinflusst. Durch Feuchtigkeitseinwirkung wird der biologische Abbau der Trägermaterialien und weiteren Bestandteile der Düngemittelanordnung in vorteilhafter Weise begünstigt, so dass die Nährstoffe und/oder auch andere, weitere Zusatzstoffe sukzessive und kontinuierlich lokal im Wurzelbereich der Pflanzen freigesetzt werden können.

Nach Einarbeitung der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung in den Boden bleiben durch die formgebende Struktur und chemisch-physikalischen Eigenschaften, insbesondere die langsame, kontrollierte Zersetzung/Auflösung der Düngemittelanordnung, und der damit verbundenen nur langsamen, kontrollierten Zersetzung und Freisetzung der Nährstoffe und/oder auch Zusatzstoffe der Düngemittelanordnung auch bei hohen Wassermengen im Boden (z.B. durch starke Niederschläge) die Nährstoffe an Ort und Stelle, wo sie von den Pflanzen benötigt werden, d.h. im Wurzelraum unter den Pflanzen. Unter der Bezeichnung „langsame, kontrollierte Zersetzung“ wird gemäß Angabe der Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO) ein Düngemittel verstanden, das einen Pflanzennährstoff in einer Form enthält, der seine Verfügbarkeit für die Pflanze nach der Ausbringung verzögert oder der seine Verfügbarkeit für die Pflanze deutlich verlängert als ein "schnell verfügbarer Nährstoffdünger" wie Ammoniumnitrat oder Harnstoff, Ammoniumphosphat oder Kaliumchlorid. Eine solche Verzögerung der anfänglichen Verfügbarkeit oder eine verlängerte Zeit der anhaltenden Verfügbarkeit kann durch eine Vielzahl von Mechanismen erfolgen. Dazu gehören die kontrollierte Wasserlöslichkeit des Materials durch semipermeable Beschichtungen, Okklusion, Proteinmaterialien oder andere chemische Formen, durch langsame Hydrolyse von wasserlöslichen Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht oder durch andere unbekannte Mittel [5],

Die Verzögerung der anfänglichen Freisetzung wird durch kinetische oder durch Affinitätsmittel erreicht. Im Fall der kinetischen Mittel kann jedes der zuvor genannten Materialien dieses Verhalten aufweisen, wenn seine Dichte zu hoch ist (d.h. geringe Porosität, was bedeutet, dass die Auflösung langsamer erfolgt). Im Fall der Affinitätsmittel decken hydrophobe Materialien wie ölbasierte, hochmolekulare Polymere usw. diese Definition ab, da sie zunächst von Mikroorganismen angegriffen werden müssen, um Poren oder Hohlräume zu öffnen, in denen das Wasser absorbiert werden kann. Die Hydrophobie kann hier als allgemeine Definition für die verzögerte Freisetzung verwendet werden, da für die Anwendung unbedingt eine Wasserauflösung erforderlich ist.

Mit der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung kann insbesondere durch die vorteilhafte Ausgestaltung mit unterschiedlichen Materialien und Zusammensetzungen für das Trägermaterial, variabel und gezielt die Düngemittelanordnung an die vielen verschiedenen Bedingungen der Bodenfeuchtigkeit, der Nährstoffabgabe und der Wasseraufnahmekapazität (Quellfähigkeit) und je nach Zielpflanze eingestellt und angepasst werden.

Die Düngemittelanordnung kann in einer vorteilhaften Ausführung in Form einer Endlos-Rolle in zusammenhängender Form ausgestaltet sein, die aufgerollt sein kann und je nach Einsatzort (Reihenkultur auf dem Feld, Gewächshaus oder Topf) oder Zielpflanze in die gewünschte Länge oder Form geschnitten werden kann. Diese Ausgestaltung als Endlos-Rolle hat den Vorteil, dass die Düngemittelanordnung, in ihrer zusammenhängenden Form, beispielsweise die Platten, Bahnen und/oder insbesondere die Ausgestaltung als Schnüre oder Drähte der Düngemittelanordnung, kontinuierlich und durchgängig ohne Unterbrechungen im Boden verlegt werden kann, wodurch zum einen die Homogenität der Düngung gefördert und erhalten bleibt und zum anderen der Ausbringungsvorgang erleichtert wird.

Die Platten und/oder Bahnen, die vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, können dabei beispielsweise eine Dicke und/oder Breite in einem Bereich von 0,005 mm bis 20 mm aufweisen.

Die Schnüre oder Drähte, die vorzugsweise einen runden oder polygonalen Querschnitt aufweisen, können beispielsweise einen Durchmesser in einem Bereich von 0,5 mm bis 100 mm aufweisen. Die Schnur oder der Draht kann zylindrisch geformt sein, oder eine Form mit variabler Dicke oder Variationen basierend auf Prozesseigenschaften, z.B. schraubenförmig, geschlitzt oder gerillt, mit Mustern, usw. umfassen. Zudem können alle beliebigen Formen hinsichtlich des Querschnitts (z.B. sternförmig, rund, oval, gleichmäßig flach, gewellt, etc.) gewählt werden, die als kontinuierliche Form technisch hergestellt und aufgerollt werden können.

Die jeweilige Dicke der Platten oder Bahnen, bzw. der Durchmesser der Schnüre kann entsprechend der zu düngenden Zielpflanze und der entsprechend benötigten Düngermenge und Düngerzusammensetzung angepasst werden. Die zu wählende Dicke, bzw. Durchmesser und Form der Düngemittelmatrix verfolgt das Ziel, nach Applikation in oder auf den Boden einjährige Kulturen über die gesamte Vegetationsperiode mit ausreichend Nährstoffen zu versorgen. Dies macht weitere Düngermaßnahmen überflüssig und trägt somit zu einer Reduzierung von Emissionen durch Arbeits- und Maschineneinsätzen bei. Falls doch eine zusätzliche Düngung gewünscht sein sollte, so lässt sich die Düngemittelanordnung, vorzugsweise in der Ausgestaltung von Düngemittelschnüren oder Düngemittelbahnen mit entsprechendem Gerät zwischen den Pflanzreihen auslegen, bzw. dort in den Boden einarbeiten. Ziel ist eine vollständige Zersetzung und Auflösung der Düngemittelanordnung, insbesondere der Düngemittelschnüre, Düngemitteldrähte bzw. Düngemittelbahnen und -Platten, und eine vollständige Freisetzung und Aufnahme der Nährstoffe über die Pflanzen im Verlauf der gesamten Vegetationsperiode, d.h. von der Aussaat bis zur Ernte.

Zum Anbau und zur Etablierung mehrjähriger Kulturen, insbesondere auf sandigen, nährstoffarmen, marginalen Böden können der Durchmesser, bzw. die Dicke der Schnüre, Drähte, Platten oder Bahnen, und somit der erforderliche Nährstoffgehalt und die Nährstoffmenge den lokalen Erfordernissen für die Pflanzen angepasst werden. Diese könnten mitunter die zuvor beispielhaft angegebenen Dimensionen von 0,5-100 mm, bzw. 0,005-20 mm für Durchmesser bzw. Dicken übertreffen, solange die Handhabung zur Verlegung bzw. Aufbringung der Düngemittel-Schnüre/-Drähte/-Platten/-Bahnen praktikabel ist.

Die Düngemittelanordnung kann dazu vorteilhaft beispielsweise zusätzlich mit einem aufrollbaren Träger (z. B. Endlosseil oder -faser) oder mit einem Band verstärkt sein (z. B. eine Kunststofffolie oder ein Material, das über ein Papierband mechanisch verstärkt wird). Die Düngemitelanordnung ist auf Grund ihrer variabel einstellbaren Ausgestaltungsform und einer variabel einstellbaren Zusammensetzung und Konzentration der enthaltenen Nährstoffe sowohl für eine Düngung in der Landwirtschaft (Freiland und Gewächshaus), für Spezialkulturen, als auch für den Privatgebrauch einsetzbar und kann insbesondere auch vorteilhaft für die Unterfußdüngung und Oberflächenapplikation bei Reihenkulturen eingesetzt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Düngemittelanordnung enthaltend Nährstoffe, bei dem man wenigstens die gewünschten und erforderlichen Nährstoffe und/oder weitere zuvor genannte Zusätze, beispielsweise in granulärer und/oder pulverisierter Form, mit dem Trägermaterial vermischt und anschließend diese daraus entstehende feste bis dickflüssig härtbare Mischung unter Druck durch eine formgebende Öffnung presst oder durch eine thermische Behandlung in die gewünschte Form bringt. Dazu kann die feste bis dickflüssige, härtbare Mischung unter Druck durch eine formgebende Öffnung gepresst werden, beispielsweise durch einen konventionellen Extruder oder durch thermische Formung behandelt werden. Die Mischung aus Trägermaterial und Nährstoffen und/oder weiteren Zusätzen, die zuvor schon genannt wurden, können durch verschiedene Faser- und Bandformverfahren hergestellt werden, wie z.B. Extrusion, Pultrusion und Thermoformung (nicht darauf beschränkt), wobei ein vielseitiger Bereich von Temperaturen und mechanischer Beanspruchung gegeben ist, der den Anforderungen jeder Mischung angepasst werden kann (z.B. maximale Temperatur zur Vermeidung von Degradation, Imprägnierungsbedingungen für Mikroorganismen, etc.). Die Einarbeitung von Nährstoffen und/oder weiteren Zusätzen in das Trägermaterial kann durch Vermischung von löslichen Quellen (z.B. NH4PO4, KCl, CO(NH2)2, Sulfate, Nitrate, usw.) oder mineralischen Formen (z.B. ZnO, MgO, CaPO4, usw.) fein dispergiert in Mischung erfolgen. Die Düngemittelanordnung kann variierend in Form (z.B. im Durchschnitt rund oder flach) und Dicke über konventionelle Extruder (Kolben-ZSchneckenextruder) produziert werden. Die Menge der zu verlegenden Düngemittelanordnung in Form z.B. der „Düngemittelschnüre“ richtet sich nach dem abzuschätzenden Nährstoffbedarf der jeweiligen Pflanze/Kultur. Dem Trägermaterial für die Düngemittelanordnung können zur Stabilisierung Verstärkungsmaterial, wie beispielsweise biologisch-abbaubare Fasern (z.B. Cellulose, Wolle, etc.) zugesetzt werden, um die Flexibilität und Stabilität (Bruch- und Reißfestigkeit) zu erhöhen. Dies kann beispielsweise durch Zuführen von biologisch-abbaubaren Fasern durch den Extruderkopf realisiert werden. In einer Ausführung des Verfahrens kann auch eine Oberflächenbenetzung der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung mittels beispielsweise Talkum oder Glycerin, erfolgen, um mögliches Verkleben einer aufgerollten Düngemittelanordnung in Form von beispielweise Düngemittelschnüren zu vermeiden, und eine einfache und gleichmäßige Abwicklung/Verlegung dieser Düngemittelschnüre in den Boden zu ermöglichen.

Die fertige Düngemittelanordnung kann dann beispielsweise in Form von Düngemittelschnüren in beliebiger Dicke und Zusammensetzung aufgerollt und gelagert werden. Im landwirtschaftlichen Einsatz können diese „Düngemittelschnüre“, im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym auch als „Drähte“ oder „Bänder“ bezeichnet, vorteilhaft mittels geeigneter Apparatur, beispielsweise mit einer zur Verlegung von Bewässerungsschläuchen genutzten Apparatur, in den Zielbereich/Bodenbereich eingebracht werden.

Als Rohstoffquelle für die Nährstoffe kann jegliche direkte oder indirekte Nährstoffform (Ursprung aus Wirtschaftsdüngern, z.B. Gülle/Jauche; aus Sekundärrohstoffdünger, z.B. Struvit, Gärrest, etc.; oder synthetisch/mineralischen Ursprungs, aber auch aus Mikro- und/oder Makro-Algenbiomasse) genutzt werden, solange diese 1.) gut im und mit dem Trägermaterial bearbeitbar ist, 2.) nicht die mechanischen Eigenschaften der Düngemittelanordnung negativ beeinflusst, und 3.) auch aus der Düngemittelanordnung durch deren Abbau im Boden, beispielsweise mithilfe von Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen), wieder gelöst werden kann, und 4.) den Pflanzen als wachstumsfördernde Nährstoffe zur Verfügung stehen kann.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Düngen von Pflanzen, insbesondere von Pflanzen in Reihenkulturen, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Düngemittelanordnung in Form von Platten, Bahnen oder in Form von Schnüren auf die Kulturfläche aufgebracht bzw. in den Boden eingearbeitet wird. Die Düngemittelanordnung kann dabei direkt am Ort des Einsatzes lokal unter der Saat bzw. Setzlingen oder Jungpflanzen, vor oder während der Aussaat platziert werden. Die Tiefe der Platzierung, d.h. die Ablage/Einbringung der Düngemittelanordnung im Boden unter der Saat bzw. den Setzlingen ist pflanzenspezifisch, und kann, aber nicht darauf beschränkt, beispielsweise zwischen 0 und 30 cm erfolgen. Durch die Ablage im Boden unter der Pflanze kommt es kaum zu Nährstoffverlusten durch Auswaschung oder Verflüchtigung (durch mikrobielle Mineralisierung), also insgesamt zu weniger Emissionen. Resultat ist eine kontinuierliche Versorgung der Pflanzen mit Nährstoffen im direkten Wurzelbereich.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Düngemittelanordnung enthaltend wenigstens Nährstoffe zur Unterfußdüngung oder Oberflächenapplikation bei Reihenkulturen oder zur Düngung von Topfkulturen. Im landwirtschaftlichen Einsatz können die „Düngerschnüre“, „Drähte“ oder „Bänder“ im Boden in beliebiger Tiefe, simultan mit dem Saatgut verlegt werden. Das Saatgut kann direkt in Reihe oberhalb der „Düngerschnüre“ abgelegt werden. Im gärtnerischen Anwendungen können die „Düngerschnüre“ geschnitten und als Stücke in Topf-/Containerkulturen Anwendung finden.

Die Düngemittelanordnung kann auch in Reisfeldern (,,Paddy“-Anbau) durch Stützen erweitert werden, was die Freisetzung der Düngermittel in der Mitte des Wasserspiegels ermöglicht, anstatt im Boden zu versinken, mit längerer Freisetzung und besserer Aufnahme durch die Pflanzen, wodurch eine räumlich begrenzte Nährstoffsättigung im schlammigen Untergrund vermieden wird.

Spezieller Beschreibunqsteil

Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung an Hand von Figuren und eines Ausführungsbeispiels erläutert, ohne, dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch auf diese Figuren und Ausführungsbeispiel beschränkt wird.

Es wird gezeigt:

Figur 1 : Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düngemittelanordnung ausgestaltet als Schnur

Figur 2: Schematische Anordnung einer in den Boden eingebrachten als Schnur ausgestalteten Düngemittelanordnung Figur 3: Schematische Anordnung einer in den Boden eingebrachten als Schnur ausgestalteten Düngemittelanordnung nach Einwirkung von Feuchtigkeit auf die Nährstoffe in der Düngemittelanordnung, Abgabe der Nährstoffe in den Boden und Aufnahme dieser durch die Pflanze

Figur 4: Schematische Anordnung einer in den Boden eingebrachten als Schnur ausgestalteten Düngemittelanordnung deren Nährstoffe aus der Düngemittelmatrix an den Boden abgegeben werden und von der Pflanze aufgenommen werden

Figur 5: Düngemittelanordnung als Endlos-Rolle

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Düngemittelanordnung 1 , hier ausgestaltet als Schnur, in der die Nährstoffe 4 in pulverisierter, granulärer und/oder verkapselter Form in das Trägermaterial 2 eingebettet sind. Verstärkungsmaterial 3, bestehend beispielsweise aus Naturfasern, Nanofasern, mineralischen Füllstoffen oder Kombinationen aus diesen, die sich ebenfalls im Trägermaterial 2 befinden, bewirken eine mechanische bzw. elastische Verstärkung der Düngemittelanordnung 1.

Figur 2 zeigt eine in loses Bodenmaterial 8 eingebrachte erfindungsgemäße Düngemittelanordnung 1 (hier wieder als Längsschnitt dargestellt), die im Wurzelbereich eines Keimlings 7 angeordnet ist. Im Bereich A) der Figur 2 ist zu erkennen, wie eine Feuchtigkeitsquelle 5, beispielsweise in Form von Niederschlag, Bewässerung und/oder Bodenfeuchte, durch die Bodenoberfläche 6 die Düngemittelanordnung 1 erreicht und in das Trägermaterial 2 der Düngemittelanordnung 1 eindringt, in der die Nährstoffe 4, in der hier dargestellten Ausführung als Granulat (größere kreisförmige Struktur) eingebettet sind. Zu Beginn des Eindringens der Feuchtigkeitsquelle 5 kommt es nicht sofort zum Freisetzen der Nährstoffe 4, sondern zunächst nur zu einer Aufnahme und Speicherung des Wassers im Trägermaterial 2. Unterhalb der Figur 2 ist mit einem schwarzen Pfeil ein Zeitstrahl 9 eingezeichnet, der den weiteren Verlauf der Freisetzung der Nährstoffe 4 und des Pflanzenwachstums symbolisieren soll. Figur 3, als Folgedarstellung von Figur 2, zeigt im Bereich (B) der Figur 3, wie die zuvor in Figur 2 dargestellte Aufnahme von Wasser aus einer Feuchtigkeitsquelle 5 im weiteren Verlauf zum Aufquellen der Düngemittelanordnung 1 und zum Zerfall und zur Auflösung der Düngemittelanordnung 1 und zur Freisetzung und Lösung der eingebetteten Nährstoffe 4, die in der hier dargestellten Ausführung in Form von Granulat (größere kreisförmige Struktur) im Trägermaterial 2 eingebettet sind, führt. In dieser Figur 3 ist die Freisetzung der Nährstoffe 4 aus dem Granulat dargestellt durch sternförmige Strukturen aus denen die Nährstoffe 4, dargestellt als kleinere kreisförmige Strukturen, herausgelöst werden. Die Nährstoffe 4 werden sukzessive in das lose Bodenmaterial 8 im Wurzelbereich des Keimlings 7 freigesetzt. Dieser kann die Nährstoffe 4 nun ungehindert über das Wurzelwerk 11 aufnehmen und zur Ausbildung der Pflanze 10 oberhalb der Bodenoberfläche 6 nutzen.

Figur 4, als Folgedarstellung von Figur 3, zeigt im Bereich (C) der Figur 4, wie im weiteren Verlauf durch weiterhin eindringende Feuchtigkeit eine zunehmende kontinuierliche Freisetzung der Nährstoffe 4 erfolgt. Hier wieder dargestellt als sternförmige Strukturen mit kleineren kreisförmigen Strukturen, die sich aus der sternförmigen Struktur herauslösen. Weiterhin kommt es zum Auflösen und zum Zerfall der Düngemittelanordnung, dargestellt als gestrichelte Linien. Einhergehend mit diesem Zerfall kommt es zu einerweiteren kontinuierlichen Freisetzung der Nährstoffe 4 aber auch zu einer Freisetzung und Zersetzung des Verstärkungsmaterials 3 und der kompletten Freisetzung und Zersetzung der Düngemittelanordnung 1 in das lose Bodenmaterial 8 und einer vermehrten Aufnahme 11 durch die Pflanze 10.

Figur 5 zeigt unter A schematisch einen Querschnitt durch eine Düngemittelanordnung 1 als Endlos-Rolle 12 in Form einer aufgerollten „Düngerschnur“ oder eines aufgerollten „Drahtes“ oder eines „Bandes“ und unter B eine seitliche Ansicht einer Ausführung, bei der diese Düngemittelanordnung als Düngerschnur/Draht oder Band auf einem Träger aufgerollt ist, vergleichbar mit einer Spule oder Kabeltrommel.

Herstellung von Dünqemittelanordnunq in Form von Dünqemittelschnüren:

Stärke und /oder Polymilchsäure-basierte, faserverstärkte und flexible Polymerkomponenten, in welche die Nährstoffe, Mineralsalze, Pflanzenschutzmittel, Mikroorganismen und /oder Pilze und Sporen dieser homogen eingearbeitet und verteilt wurden, werden, z.B. durch Verrühren und/oder Einkneten miteinander vermischt. Eine niedrige Schmelztemperatur dieser Mischung hilft bei der Verarbeitung und sollte gegebenenfalls bei gängigen Verarbeitungstemperaturen von etwa 100 -110°C durchgeführt werden, um Nährstoffverluste bei der Verarbeitung zu vermeiden (z.B. N). Dies ist besonders bei Urea als Stickstoff-Lieferant und dessen Einarbeitung in Polymilchsäure bei Temperaturen über 140°C vonnöten, da sich Urea bei diesen Temperaturen thermisch zersetzt. Alternativ können alle Komponenten über Lösungsmittel homogen vereint werden, was anschließend eine eventuelle Trocknung der T rägermaterial-Rohmasse vor der Weiterverarbeitung, oder des fertigen Produktes erfordert. Die Temperatur, als auch mögliche Lösungsmittel zur Verarbeitung des Trägermaterials und/oder ihrer zugesetzten Makronährstoffe, Mikronährstoffe, Hilfsstoffe, Mikroorganismen und/oder Zusatzstoffe müssen so gewählt werden, dass diese nicht zum Abbau, Inaktivierung oder Zerstörung der zugesetzten Makronährstoffe, Mikronährstoffe, Hilfsstoffe, Mikroorganismen und/oder Zusatzstoffe führen. Die Verarbeitungstemperatur der Materialien für das Trägermaterial kann z.B. durch den Feuchtigkeitsgehalt beeinflusst werden, und kann im Fall zugesetzter Mikroorganismen und/oder Sporen im Bereich von 20-40°C liegen. Die Verarbeitung und Formgebung (z.B. dick/dünn/rund/flach) des Trägermaterials zum Produkt der „Düngemittelschnüre“ kann mittels Extrudern oder thermischer Formung erfolgen.

Bezugszeichenliste:

1 : Düngemittelanordnung

2: Trägermaterial

3: Verstärkungsmaterial

4: eingebettete Nährstoffe

5: Feuchtigkeitsquelle

6: Bodenoberfläche

7: Keimling

8: loses Bodenmaterial

9: Zeitstrahl der Freisetzung von Nährstoffen/ des Pflanzenwachstums 10: Pflanze

11 : Nährstoffe, die von der Pflanze aufgenommen werden

12: Endlos-Rolle Literaturquellen

[1] Rechtsprechung Urteil EuGH vom 21.06.2018 - C-543/16

[2] https://ec.europa.eu/germany/news/20190725-nitrat_de

[3] Ma. Del Carmen Orozco-Mosqueda et al; Plant Growth-Promoting Bacteria as Bioinoculants: Attributes and Challenges for Sustainable Crop Improvement; Agronomy 2021 , 11(6), 1167

[4] Mahadevamurthy Murali et al.; Bioprospecting of Rhizosphere-Resident Fungi: Their Role and Importance in Sustainable Agriculture; J. Fungi 2021 , 7(4), 314

[5] M. E. Trenkel: Slow- and Controlled-release and Stabilized Fertilizers: An Option for Enhancing Nutrient Use Efficiency in Agriculture. Second edition, IFA, Paris, France, Oktober 2010; ISBN 978-2-9523139-7-1