Precision Farming„Das Ziel ist die Behand­lung jeder einzelnen Pflanze!“

Welchen Heraus­for­de­rungen steht die aktu­elle Land­wirt­schaft global gesehen gegen­über?

Zum einen sehen wir uns damit konfron­tiert, dass das Bevöl­ke­rungs­wachstum auf 10 Mrd. Menschen bis 2050 zu einer um 50% höheren Nach­frage nach Nahrungs­mit­teln führen wird. Da wir in Zukunft auch mehr tieri­sche Produkte benö­tigen, müssen bis zu 70% mehr pflanz­liche Nahrungs­mittel erzeugt werden – und das auf gleich­blei­bender oder viel­leicht sogar gerin­gerer Fläche. Denn allein in Deutsch­land gehen der Land­wirt­schaft jeden Tag ein Äqui­va­lent von 73 Fußball­fel­dern zur Bewirt­schaf­tung verloren.

Stefan Stahl­mecke, Regional Director Intel­li­gent Solu­tions Group bei John Deere

Diese erhöhte Produk­tion muss zudem mit weniger Arbeits­kräften bewäl­tigt werden. Wie in vielen anderen Indus­trien auch ist quali­fi­ziertes Personal Mangel­ware, da bildet die Land­wirt­schaft keine Ausnahme. Zum anderen kulti­viert ein land­wirt­schaft­li­cher Betrieb mit ca. 2500 ha, wie er in den USA, in Südame­rika oder im Osten Europas nicht unty­pisch ist, bis zu 100 Millionen Pflanzen.

Was bedeutet das für die Land­wir­tinnen und Land­wirte heut­zu­tage?

Land­wirte bewirt­schaften immer größere Flächen und trotzdem geht es am Ende um die rich­tige Behand­lung jeder einzelnen Pflanze, um ihr genau die rich­tigen Nähr­stoffe zukommen zu lassen, um sie von Pilzen oder Insekten zu befreien und um sie schließ­lich auch sicher zu ernten.

Das ist auch ein Rennen gegen die Zeit. Während des Pflan­zens, während der Aussaat hat der Land­wirt unge­fähr 10 Tage Zeit, um das Saatgut in den Boden zu bekommen. Verpasst er dieses Zeit­fenster, dann wirkt sich das negativ auf den Ertrag aus. In der Wachs­tums­phase können Beikräuter täglich bis zu 10 cm wachsen. Das heißt, der Land­wirt hat nicht viel Zeit, Pflan­zen­schutz auszu­bringen und damit die Nutz­pflanze davor zu bewahren, dass das Beikraut der Nutz­pflanze die Nähr­stoffe entzieht. Unge­fähr 60-70% der Kosten für eine Ernte­ein­heit wendet der Land­wirt für Saatgut, Dünger und Pflan­zen­schutz­mittel auf. Zusam­men­fas­send bedeutet dies, dass der Land­wirt über die Saison tausende von Entschei­dungen zu treffen hat.Wie kann das Ziel erreicht werden, die Qualität der Nahrungs­mittel zu erhöhen und Dünge- und Pflan­zen­schutz­mittel zu sparen?

In vielen land­wirt­schaft­li­chen Betreiben haben inzwi­schen auch teil­flä­chen­spe­zi­fi­sche Bewirt­schaf­tungs­ver­fahren Einzug gehalten.

Höhere Präzi­sion, die durch Digi­ta­li­sie­rung ermög­licht wird. Das Ziel der modernen Land­wirt­schaft, einer Land­wirt­schaft 4.0 ist es, indi­vi­duell auf die Bedürf­nisse jeder einzelnen Pflanze eingehen. Auf den Feldern sieht die Realität vieler­orts noch anders aus: Felder werden nach wie vor als eine homo­gene Einheit betrachtet und entspre­chend einheit­lich gesät, gedüngt, gespritzt und geerntet. Unsere Indus­trie arbeitet hart­nä­ckig daran, dass diese Bilder der Vergan­gen­heit ange­hören.

Was ist denn der nächste Schritt in Rich­tung Land­wirt­schaft 4.0?

Wir bewegen uns hin zur Zone. Die teil­flä­chen­spe­zi­fi­sche Bear­bei­tung von Feldern nimmt zu, um besser auf die Bedürf­nisse der Pflanzen eingehen zu können. Dabei sind wir noch weit weg von der einzelnen Pflanze. Das Beispiel zeigt einen Sensor vor einem Traktor mit einem Mine­ral­dün­ger­streuer. Ausge­rüstet mit einer Multispek­tral­ka­mera kann der Sensor den Chlo­ro­phyll-Gehalt der Pflanzen messen und daraus auf die Biomasse schließen. Viel Biomasse kann viele Nähr­stoffe aufnehmen und dementspre­chend kann die Dünge­menge auf die Bedürf­nisse der Pflanzen in einer Zone ange­passt werden.

Noch genauer lässt sich die bedarfs­ge­rechte Ausbrin­gungs­menge ermit­teln, wenn beispiels­weise mit Hilfe histo­ri­scher Biomasse-Karten, die von Satel­liten aufge­nommen wurden, ein Abgleich zwischen dem histo­ri­schen Poten­tial und Ist-Zustand in den einzelnen Zonen vorge­nommen und die opti­male Dünge­menge für die Zone daraus abge­leitet wird.

Mithilfe der NIR Tech­no­logie lässt sich Gülle fast genauso exakt ausbringen wie Mine­ral­dünger.

Welche Rolle spielt dabei die Sensorik?

Bei einem weiteren Beispiel für die Düngung in Zonen wird der Mine­ral­dün­ger­streuer durch ein Gülle­fass mit NIR-Tech­no­logie ersetzt. Mit Hilfe der Nahin­frarot-Tech­no­logie können die Inhalts­stoffe wie Stick­stoff, Phos­phor und Kohlen­stoff­di­oxid, gemessen werden. Damit lässt sich Wirt­schafts­dünger fast genauso exakt und ziel­ge­richtet einsetzten wie Mine­ral­dünger. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass jedes Kilo­gramm mine­ral­si­cherer Dünger, welches durch Wirt­schafts­dünger ersetzt wird, dabei hilft CO₂ zu sparen. Denn die Herstel­lung von Mine­ral­dünger ist mit hohen CO₂-Emis­sionen verbunden.

Kommen bei all der High­tech auch noch mecha­ni­sche Bear­bei­tungs­formen zum Einsatz?

Ja, auch einzelne Reihen können schon indi­vi­duell bear­beitet werden. Unkraut lässt sich auch mit einer Hacke, die mittels Kamera und eines doppelt­wir­kenden Zylin­ders am Unter­lenker des Trak­tors exakt zwischen den Reihen geführt wird. Mit einem solchem System kann schnell zwischen den Reihen gefahren und damit annä­hern dieselbe Produk­ti­vität wie beim Spritzen erreicht werden. Aller­dings wird durch das Hacken des Bodens CO₂ frei, was wiederum zu einer Belas­tung der Umwelt führt. Das heißt, in der Land­wirt­schaft ist es oftmals nicht so einfach die opti­male Lösung zu finden.

Sensor­ge­stützte Unkraut­ha­cken ermög­li­chen hohe Arbeits­ge­schwin­dig­keiten und damit eine hohe Flächen­pro­duk­ti­vität.

Erste sensor­ge­steu­erte voll­au­to­nome Trak­toren werden mitt­ler­weile in den USA einge­setzt.

Werfen wir einen Blick in die Zukunft. Was ist da möglich?

Das ulti­ma­tive Ziel ist die Behand­lung einer jeden einzelnen Pflanze. Das ist heute noch die abso­lute Ausnahme, hat aber das größte Poten­tial für die Redu­zie­rung des Dünger- und Pesti­zid­ein­satzes. In unserem Beispiel mit einer selbst­fah­renden Feld­spritze nehmen 36 Kameras Bilder von jeder einzelnen Pflanze auf und unter­scheiden mithilfe eines neuro­nalen Netzes, welches mit Millionen von Bildern trai­niert wurde, ob es sich um Beikraut oder eine Nutz­pflanze handelt. Indi­vi­du­elle Düsen spritzen dann das Beikraut, nicht aber die Nutz­pflanze. Mit einem solchen System können bis zu 90% an Herbi­ziden einge­spart werden.

Und wie die Zukunft der Land­wirte im Zusam­men­spiel mit den Maschinen aus?

Es gibt bereits voll­au­to­nome Trak­toren, ausge­stattet mit sechs Stereo­ka­meras, die das Umfeld erkennen und dementspre­chend autonom das Feld beackert. Diese Maschinen sind mit viel Tech­no­logie und Sensorik ausge­stattet. Sie können sehr viele Entschei­dungen selbst über­nehmen. Vertrauen ist wichtig, dass muss sich unsere Indus­trie verdienen und das geht nicht von heute auf morgen, aber Vertrauen ist die essen­zi­elle Voraus­set­zung für solche Systeme. Das heißt nicht, dass der Land­wirt in Zukunft keine Aufgaben mehr hat, aber er wird sich anderen Aufgaben widmen können, und wir können ihm dabei helfen, diese Entschei­dungen noch sicherer zu treffen.

bitkom: Mit digi­taler Technik nach­hal­tiger produ­zieren – Stefan Stahl­mecke auf der Digital Farming Confe­rence im Mai 2022