Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Intelligente, Sensorik-gesteuerte Bewässerung in der Land- und Forstwirtschaft Prof. Dr. Ulrich Zimmermann ZIM Plant Technology GmbH Hennigsdorf bei Berlin.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Intelligente, Sensorik-gesteuerte Bewässerung in der Land- und Forstwirtschaft Prof. Dr. Ulrich Zimmermann ZIM Plant Technology GmbH Hennigsdorf bei Berlin."—  Präsentation transkript:

1 Intelligente, Sensorik-gesteuerte Bewässerung in der Land- und Forstwirtschaft Prof. Dr. Ulrich Zimmermann ZIM Plant Technology GmbH Hennigsdorf bei Berlin

2 Hintergrund ZIM Plant Technology adressiert eines der wichtigsten Probleme des 21. Jahrhunderts: die zunehmende Verknappung der Wasserreserven 2 Über 50% der weltweiten Nahrungsmittelproduktion ist auf künstliche Bewässerung angewiesen. Dafür werden fast 71% des weltweit verbrauchten Süßwassers eingesetzt. Von den etwa 260 Mio. Hektar bewässerter Ackerfläche weltweit drohen rund 80 Mio. Hektar die Verödung durch Versalzung aufgrund künstlicher Bewässerung. Jährlich gehen dadurch mehrere hunderttausend Hektar Ackerland unwiederbringlich verloren. In Europa bedroht Überdüngung die vorhandenen Trinkwasserreserven; Erosion durch falsche Bewässerung verursacht Schäden in Milliardenhöhe. Nachwachsende Rohstoffe wie Agrarholz (als alternative und CO 2 -neutrale Energiequelle) können in vielen Regionen der Welt (z.B. auch im Land Brandenburg) nicht ohne zusätzliche Bewässerung angebaut werden.

3 Monitoring-Technologien: IST-Zustand Bodenfeuchte, Evapotranspiration und Blattdruckmessung nach Scholander 3 Bodenfeuchte indirekt Ungenauigkeit durch Inhomogenität der Bodenbeschaffenheiten und Wurzel-verteilung sehr oft keine eindeutige Aussage über den Wasserhaushalt Druckbombe nach Scholander destruktiv nicht automatisierbar Hohe Streuung der Messergebnisse sehr arbeitsintensiv nicht bei allen Pflanzen anwendbar Wetter-basiert (Evapotranspiration) indirekt beruht auf Annahmen und Modellen Auswertung nur auf Wochenbasis möglich muss speziell auf jedes Gebiet und Anbauprodukt eingeeicht werden

4 Zukünftiges Marktvolumen 4 Das Marktvolumen für sensorbasierte Bewässerungssysteme (smart irrigation) wird in Zukunft exponentiell steigen Wasserknappheit und zunehmende Klimaerwärmung erfordern ein Umdenken in der Landwirtschaft und Investitionen in Sensor- basierte Bewässerungstechnologien (smart irrigation) (Siehe jährliche Berichte der FAO) Smart irrigation ist Teil eines Gesamtmarktes (Wassereinsparung) für den jährliche Investitionen in Höhe von 50 – 60 Milliarden USD für die nächsten 20 Jahre vorausgesagt werden (Mckinsey: The business opportunity in water conservation, 2009 ) Für Unternehmen im Bewässerungsmanagement (v.a. US amerikanische Firmen) wird ein Umsatz von ca. 6 Mio. USD für 2011 prognostiziert (mit jährlichen Wachstumsraten von 100%). (Demand- based Water Use: Focus on Smart Irrigation, 2010) Die fortschreitende Entwicklung von Informations- und Kommunikationstechnik wird den Markt der Bewässerungssteuerung zusätzlich wachsen lassen (Demand-based Water Use: Focus on Smart Irrigation, 2010) Öffentlich geförderte Investitionen im Sektor Bewässerungsoptimierung (Bsp. Programm der australischen Regierung zur Erhöhung der On-Farm Irrigation Efficiency über 300 Mio. USD, 2008) zeigen das große öffentliche Interesse

5 Unternehmensgegenstand 5 Z immermann I rrigation M onitoring

6 Turgor Der Blutdruck der Pflanzen : der sog Turgordruck 6 Pflanzenzellen sind wie ein Fahrradreifen aufgebaut: Fahrradschlauch: Zelle umgeben von einer hauchdünnen Zellmembran, über die der Stoffaustausch mit der Umgebung erfolgt Fahrradmantel: Starre Zellwände aus Zellulose, die die Zelle mechanisch stabilisieren und den Aufbau eines hydrostatischen Überdruckes durch Stoffaustausch ermöglichen. Dieser Überdruck wird Turgor genannt. Er liegt in der Regel bei guter Wasserversorgung morgens bei 5 bis 7 bar (Überdruck bei einem Fahrradreifen: 2.2 bar) Bei hoher Transpiration (Wasserverlust durch Photosynthese; meistens mittags, wenn die Temperaturen maximale und die relative Luftfeuchtigkeit minimale Werte erreichen) kann der Turgor auf Werte unter 1 bar fallen Bei Turgordruck Null löst sich wie beim Fahrradreifen die Zellmembran von der Zellwand ab. Dieser Prozess ist irreversibel; die Zelle stirbt. Ein Turgordruck von > 3 bar ist für das Wachstum einer pflanzlichen Zelle, sowie für die Produktivität (und Qualität) notwendig. ZellsaftZellsaft / Wasser Zellmembran Zellwand

7 ZIM-Technologie Das innovative Messprinzip der ZIM-Sonde 7 Der Überdruck in den Zellen, der sog. Turgordruck (0-7 bar), P c, wirkt dem magnetischen Druck, P clamp, entgegen. Die ZIM-probe misst die Differenz P p (patch pressure) zwischen dem magnetischen Druck und dem Turgordruck.

8 ZIM-Technologie P p = patch pressure P c = turgor pressure P clamp = clamp pressure F a = attenuation factor (compression of cuticle, cell walls and air-filled interspaces a, b = elasticity constants

9 ZIM-Technologie Tages- und Nachtänderungen des ZIM-Sondensignals von Weinreben in Abhängigkeit vom Mikroklima 9 A: Sonnen exponiertes Blatt B: beschattetes Blatt C: Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit Turgordruck- bzw. Wasserverlust A B C

10 ZIM-Technologie Die ZIM-Sonden erlauben eine nicht-invasive und nutzerfreundliche Echtzeit-Überwachung des Wassergehaltes von Pflanzen ohne Schädigung des Blattes 10 Banane Orange Olive Blattober- und Unterseiten nach 3-4 Monaten kontinuierlicher Messung

11 rot = Osten blau = Norden grau = Süden schwarz = Westen Pfeile markieren kurzzeitige Sonnen-exposition ZIM-Technologie Räumliche und zeitliche Dynamik der Wasserversorgung eines 4-m hohen Avocado Baumes in Australien

12 ZIM-Technologie Klimawandel und seine Folgen in Westaustralien. 12 Die große Trockenheit hat zu großen Schäden an Eukalyptus- Bäumen im Kings Park, der grünen Lunge von Perth geführt.

13 ZIM Technologie Zeitliche und räumliche Dynamik der Wasserversorgung von Eukalyptusbäumen im Kings Park, Perth Sonden, verteilt über den gesamten 30 m hohen Eukalyptus-Baum, messen seit August 2011 den Wasserstress in Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen

14 ZIM-Technologie Oszillationen in den Stomataöffnungen induzieren Turgordruck- Oszillationen und vermindern die Wasserverluste 14 Aber: Periodisches Schließen der Stomata führt zu einer geringeren Produktivität, da die CO 2 Aufnahme stark reduziert ist WeizenBanane Turgordruck- bzw. Wasserverlust

15 ZIM-Technologie Part of a 2- to 3-month P p -readings under field conditions 15 grapevine grapefruit Arrows mark irrigation

16 ZIM-Technologie Part of 2- to 3-month P p -readings on olive under laboratory (A) and field (B) conditions 16 A B non-irrigation irrigation

17 non-irrigation irrigation ZIM-Technologie Inverted diurnal P p -changes measured on olive under non-irrigation conditions 17 AB (A: laboratory and B: field ) A B Arrows mark inverted diurnal P p -changes

18 ZIM-Technologie Durstige Pflanzen senden Notruf 18 SOS S

19 ZIM-Technologie Das ZIM System für das Bewässerungsmanagement informiert den Nutzer weltweit über die Wasserversorgung seiner Pflanzen 19

20 Geschäftsmodell Aufbau einer weltweiten Datenbank für die Anzucht von Kulturpflanzen und Kulturbäumen in Abhängigkeit vom Mikroklima und Bodenbeschaffenheit 20 ZIM-database Industrielle Landwirtschaft ZIM-probe extremer Wasserstress milder Wasserstress kein Wasserstress EFRE gefördert Forstwirtschaft (Agrarholz)

21 Markteintritt Bereits fortgeschrittener Markteintritt: Zahlreiche Kunden und Kooperationspartner im In- und Ausland 21 Israel: Hebrew University, Campus for Agriculture (Banane, Wein) Gilat Research Center (Olive, Orange) Golan Research Institute (Avokado) Niederlande: Inst. for Greenhouse Horticulture, Wageningen (Tomate) Österreich: Universität Salzburg (Tropenhaus) Portugal: Technologia e Inovacao da Rega (Pflaume) Schweiz:Eidgenössische Forschungsanstalt WSL (Eiche) Spanien:Institute for Natural Resources and Agrobiology, Sevilla (Olive, Pfirsich, Tabak) Campus Universitario Espinardo, Murcia (Pfirsich) Departament de Biologia, Palma de Mallorca (Wein) Australien:Department of Agriculture, Food & Wine, Adelaide (Wein) Department of Agriculture and Food Systems, Horsham (Weizen) The University of Western Australia, Perth (Weizen, Eukalyptus) Mining Industrie, Western Australia (Aufforstung) CSIRO Plant Industry, Canberra (Weizen) Brasilien: Agronomia Pricicaba, Sao Paolo (Soja) Deutschland:FH Freising, Gartenbau (Tomate, Paprika) HNE Eberswalde (Agrarholz) Bundesanstalt für Ernährung und Landwirtschaft (Wein) Winzergenossenschaft Sommerach (Wein) Pflanzenphysiologisches Institut Hannover (Bohne) Forschungsanstalt Geisenheim, Germany (Wein) Universtät Würzburg (HOBOS, Education portal using the example of the honey bee) Landschaftssystemanalyse des ZALF Müncheberg (Mais) TU München (Arabidopsis) BASF SE, Ludwigshafen (Soja, Mais) YARA GmbH & Co. KG, Hanninghof, Mucia (Zitrus, Raps)

22 Alleinstellungsmerkmale Die Vorteile der ZIM-Technologie 22 Hochpräzise Messung der Wasserversorgung von Pflanzen Leichte Einstellung von Schwellwerten für die Bewässerung: Turgordruck ist ein wesentlicher Faktor für das Pflanzenwachstum Nicht-invasives Echtzeit-Messverfahren mit telemetrischer Datenübermittlung Zentrale Datenverarbeitung ermöglicht Langzeit-Monitoring und proaktive (Fern-)Steuerung von Bewässerungssystemen Einfache Handhabung, geringster Mess- und Betreuungsaufwand Vielseitige Einsatzmöglichkeiten bei allen Blattpflanzen Maximaler Nutzen bei geringsten Kosten 20-30% Einsparung bei der Bewässerung (>100 p. ha) Stark reduzierte Kosten für Aufbereitung von Wasser (ca. 0,40 pro m 3 ) Deutlich reduzierte Erosionsschäden (Weinbau: Kosten von > pro ha p.a.) Stark reduzierte Bodenversalzung in ariden und semi-ariden Gebieten Optimierter Einsatz von Düngungs- und Pflanzenschutzmitteln Spürbare Ertrags- und Qualitätssteigerung

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 23

24 Kurzprofil des Unternehmens ZIM Plant Technology GmbH ist ein junges KMU mit Sitz in Hennigsdorf. Die Firma, die am gegründet wurde, wird von der Investitionsbank und Zukunftsagentur des Landes Brandenburgs (ILB, ZAB) und dem HighTech Gründerfonds gefördert. Gesellschafter sind: Prof. Dr. Ulrich Zimmermann (51%) Dipl. Biol. Simon Rüger (17%) Dipl. Biol. Wilhelm Ehrenberger (17%) High-Tech-Gründerfonds (15%) Die Firma umfasst zurzeit 11 festangestellte Mitarbeiter und drei weitere Mitarbeiter im Außendienst, die auf Provisionsbasis arbeiten (Zug, Schweiz; Sevilla, Spanien und Perth, Australien). ZIM Plant Technology GmbH vertreibt ein in Brandenburg entwickeltes, Internet-basiertes Sondensystem, über das die Bewässerung von Kulturpflanzen und Bäumen optimal gesteuert werden kann. Das System geht auf 40- jährige Forschungsarbeiten von Prof. Zimmermann (bis 2010 Vorstand des Lehrstuhles für Biotechnologie der Universität Würzburg) zurück. Das ZIM-Sondensystem (ZIM= Zimmermann Irrigation Monitoring) wurde zum Patent von der Firma ZIM Plant Technology angemeldet. 24

25 ZIM-Technologie Nächste Entwicklungsstufe: Ein Aktuatorsystem, das ein voll automatisiertes, effizientes Bewässerungsmanagementsystem ermöglicht 25 ZIM-database ZIM-irrigation management / actor Industrielle Landwirtschaft ZIM- repeater ZIM-probe ZIM-radio controller ZIM- transmitter ZIM-control center Kabel Funk Mobilfunk EFRE gefördert

26 Verbundforschung Forschungsverbund zwischen ZIM Plant Technology und der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (Projektleiter Prof.Dr. D. Murach) ist Grundlage für den Aufbau einer Datenbank 26 ZIM AgroForst – Optimierung des Gehölzanbaus in der Land- und Forstwirtschaft im Hinblick auf den Klimawandel Analyse der Wechselbeziehungen zwischen Wasserversorgung und Biomasseproduktion mit der von ZIM Plant Technology GmbH entwickelten Sonden zur Messung des Blattturgors. Optimierung von Anlagen zur Tröpfchenbewässerung. Brandenburg ist ideal geeignet als Modellregion für Projekte mit Bezug zum Wasserhaushalt: -große Variabilität in der Wasserversorgung -sandige Böden mit einer geringen Wasserspeicherkapazität -sehr geringe Niederschläge

27 ZIM-Technologie P p = patch pressure P c = turgor pressure P clamp = clamp pressure F a = attenuation factor (compression of cuticle, cell walls and air-filled interspaces a, b = elasticity constants


Herunterladen ppt "Intelligente, Sensorik-gesteuerte Bewässerung in der Land- und Forstwirtschaft Prof. Dr. Ulrich Zimmermann ZIM Plant Technology GmbH Hennigsdorf bei Berlin."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen