TY - JOUR A1 - Horf, M. A1 - Gebbers, R. A1 - Vogel, S. A1 - Ostermann, Markus A1 - Piepel, M.-F. A1 - Olfs, H.-W. T1 - Determination of Nutrients in Liquid Manures and Biogas Digestates by Portable Energy-Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometry N2 - Knowing the exact nutrient composition of organic fertilizers is a prerequisite for their appropriate application to improve yield and to avoid environmental pollution by over-fertilization. Traditional standard chemical analysis is cost and time-consuming and thus it is unsuitable for a rapid analysis before manure application. As a possible alternative, a handheld X-ray fluorescence (XRF) spectrometer was tested to enable a fast, simultaneous, and on-site analysis of several elements. A set of 62 liquid pig and cattle manures as well as biogas digestates were collected, intensively homogenized and analysed for the macro plant nutrients phosphorus, potassium, magnesium, calcium, and sulphur as well as the micro nutrients manganese, iron, copper, and zinc using the standard lab procedure. The effect of four different sample preparation steps (original, dried, filtered, and dried filter residues) on XRF measurement accuracy was examined. Therefore, XRF results were correlated with values of the reference analysis. The best R2 s for each element ranged from 0.64 to 0.92. Comparing the four preparation steps, XRF results for dried samples showed good correlations (0.64 and 0.86) for all elements. XRF measurements using dried filter residues showed also good correlations with R2 s between 0.65 and 0.91 except for P, Mg, and Ca. In contrast, correlation Analysis for liquid samples (original and filtered) resulted in lower R2 s from 0.02 to 0.68, except for K (0.83 and 0.87, respectively). Based on these results, it can be concluded that handheld XRF is a promising measuring system for element analysis in manures and digestates. KW - XRF KW - Animal slurry KW - Fertilizer KW - Soil KW - Precision farming PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-527622 DO - https://doi.org/10.3390/s21113892 VL - 21 IS - 11 SP - 3892 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-52762 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Büchele, Dominique A1 - Chao, Madlen A1 - Ostermann, Markus A1 - Leenen, M. A1 - Bald, Ilko T1 - Multivariate chemometrics as a key tool for prediction of K and Fe in a diverse German agricultural soil-set using EDXRF N2 - Within the framework of precision agriculture, the determination of various soil properties is moving into focus, especially the demand for sensors suitable for in-situ measurements. Energy-dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) can be a powerful tool for this purpose. In this study a huge diverse soil set (n = 598) from 12 different study sites in Germany was analysed with EDXRF. First, a principal component analysis (PCA) was performed to identify possible similarities among the sample set. Clustering was observed within the four texture classes clay, loam, silt and sand, as clay samples contain high and sandy soils low iron mass fractions. Furthermore, the potential of uni- and multivariate data evaluation with partial least squares regression (PLSR) was assessed for accurate Determination of nutrients in German agricultural samples using two calibration sample sets. Potassium and iron were chosen for testing the performance of both models. Prediction of these nutrients in 598 German soil samples with EDXRF was more accurate using PLSR which is confirmed by a better overall averaged deviation and PLSR should therefore be preferred. KW - XRF KW - Chemometrics KW - Soil KW - Agriculture KW - Multivariate PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-498671 DO - https://doi.org/10.1038/s41598-019-53426-5 VL - 9 SP - 17588 PB - Nature AN - OPUS4-49867 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sowoidnich, K. A1 - Maiwald, M. A1 - Ostermann, Markus A1 - Sumpf, B. T1 - Shifted excitation Raman difference spectroscopy for soil component identification and soil carbonate determination in the presence of strong fluorescence interference N2 - Detailed knowledge about soil composition is an important prerequisite for many applications, for example precision agriculture. Current standard laboratory methods are complex and time-consuming but could be complemented by non-invasive optical techniques. Its capability to provide a molecular fingerprint of individual soil components makes Raman spectroscopy a very promising candidate. A major challenge is strong fluorescence interference inherent to soil, but this issue can be overcome effectively using shifted excitation Raman difference spectroscopy (SERDS). A customized dual-wavelength diode laser emitting at 785.2 and 784.6 nm was used to investigate 117 soil samples collected from an agricultural field along a distance of 624 m and down to depths of 1 m. To address soil spatial heterogeneity, a raster scan approach comprising 100 measurement spots per sample was applied. Based on the Raman spectroscopic fingerprint extracted from intense fluorescence interference by SERDS, 13 mineral soil constituents were identified, and even closely related molecular species could be discriminated, for example polymorphs of titanium dioxide and calcium carbonate. For the first time, the capability of SERDS is demonstrated to predict the calcium carbonate content as an important soil parameter using partial least squares regression (R2 = 0.94, root mean square error of cross-validation RMSECV = 2.1%). Our findings demonstrate that SERDS can extract a wealth of spectroscopic information from disturbing backgrounds enabling qualitative and quantitative soil analysis. This highlights the large potential of SERDS for precision agriculture but also in further application areas, for example geology, cultural heritage and planetary exploration. KW - Calcium carbonate KW - Raman spectroscopy KW - Soil KW - X-Ray fluorescence KW - SERDS PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-569016 DO - https://doi.org/10.1002/jrs.6500 SN - 0377-0486 IS - Special Issue SP - 1 EP - 14 PB - John Wiley & Sons Ltd. CY - Hoboken, New Jersey, USA AN - OPUS4-56901 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Piechotta, Christian A1 - Iznaguen, Hassan A1 - Traub, Heike A1 - Feldmann, Ines A1 - Köppen, Robert A1 - Witt, Angelika A1 - Jung, Christian A1 - Becker, Roland A1 - Oleszak, Katrin A1 - Bücker, Michael A1 - Urban, Klaus A1 - Reger, Christian A1 - Ostermann, Markus T1 - Bewitterungsszenarien im Vergleich – Veränderungen in der Oberflächenmorphologie von Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS) unter dem Aspekt des Austrags von polybromierten Flammschutzmitteln N2 - Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umwelt-beständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden. T2 - 47. Jahrestagung der GUS CY - Blankenloch-Stutensee, Germany DA - 21.03.2018 KW - Schadstoffaustrag KW - Umweltsimulation KW - Bewitterung PY - 2018 SN - 978-981-18507-2-7 VL - 47 SP - 115 EP - 128 AN - OPUS4-49802 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ostermann, Markus A1 - Chao, Madlen A1 - Büchele, Dominique T1 - Ortsspezifische Bodenbewirtschaftung durch die Entwicklung von online-Analysetechniken für die Nährstoffgehaltsbestimmung – intelligence for Soil (I4S) N2 - Bei der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Förderinitiative „BonaRes“ steht die nachhaltige Nutzung der knappen Ressource Boden im Fokus. Das durch BonaRes geförderte Verbundprojekt „Intelligence for Soil“ (I4S) hat sich die Entwicklung eines integrierten Systems zur ortsspezifischen Steuerung der Bodenfruchtbarkeit zur Aufgabe gemacht, welches Empfehlungen zur Anpassung der Düngung und anderer Maßnahmen gibt, um die Bodenfunktionen zu verbessern und Umweltbelastungen zu vermindern. Das System soll aus drei Hauptkomponenten bestehen: - Mobile Sensorplattform zur hochauflösenden Kartierung der Bodeneigenschaften (BonaRes Mapper). Die Sensorplattform enthält Bodensensoren zur komplexen Erfassung bewirtschaftungsrelevanter Bodeneigenschaften in situ. - Dynamische Bodenmodelle (Nährstoff-, Wasser-, C-Haushalt) zur Verarbeitung der Sensordaten und Erzeugung entscheidungsrelevanter Informationen, - Entscheidungsunterstützungssystem (EUS), welches in die Bodenmodelle agronomische und sozioökonomische Randbedingungen integriert, Düngungsempfehlungen ausspricht und Bodenfunktionen bewertet. Der Output des EUS sind insbesondere Düngungskarten für die ortsspezifische Düngung im Rahmen von Precision Agriculture. Der Erhalt und die Verbesserung der Fruchtbarkeit von Böden durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen erfordert sorgfältig geplante Entscheidungen, die auf einer detaillierten Erfassung der Bodeneigenschaften und einem vertieften Verständnis der Bodenprozesse beruhen. Durch konventionelle, flächeneinheitliche Bewirtschaftungen (z.B. Düngung) können zum einen Ertragsverluste durch zu geringe Bewirtschaftungsintensität auf dem einen Teil der Fläche verursacht werden, während andere Teile des Feldes zu hohe Dosen erhalten und es dadurch zu Umweltbelastungen oder zu Verschwendung von Ressourcen kommt. Trotz der Verfügbarkeit von Technologien für ortsspezifische Düngung ist die Akzeptanz ortsspezifischer Bewirtschaftung (Precision Agriculture) in der Praxis noch gering. Ein wesentlicher Grund dafür ist das Fehlen von kostengünstigen Methoden zur Erfassung der bewirtschaftungsrelevanten Bodenmerkmale. Für die elementanalytische Untersuchung von Böden vor-Ort ist eine zuverlässige Analytik und Prozessüberwachung wie z.B. durch RFA oder LIBS erforderlich. T2 - 14. AK Prozessanalytik CY - Hannover, Germany DA - 03.12.2018 KW - Prozessanalytik KW - RFA KW - LIBS KW - Bodenanalytik PY - 2018 AN - OPUS4-46934 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -