Vom Feld in die Wolke

Wie viele andere Branchen wird auch die Landwirtschaft zunehmend digitalisiert. Was steckt hinter der Landwirtschaft 4.0?

Prof. Dr. Peter Breunig: Aus Sicht der Landwirte bedeutet Landwirtschaft 4.0, dass sie in ihrer Arbeit entlastet werden, da ihre Maschinen präziser arbeiten. Sie können dadurch leichter bessere Entscheidungen treffen. Die Vernetzung findet jedoch nicht nur innerhalb der landwirtschaftlichen Betriebe statt, sondern immer stärker auch entlang der ganzen Wertschöpfungskette. Heute können zum Beispiel Landmaschinenhändler bereits die Maschinen ihrer Kunden aus der Ferne überwachen und Vorschläge machen, wie sie am effizientesten eingesetzt und optimal gewartet werden.

Und was steckt technisch dahinter?

Prof. Dr Patrick Noack: Es gibt für die Digitalisierung in der Landwirtschaft viele Schlagworte: Precision Farming, Smart Farming, Digital Farming und Landwirtschaft 4.0. Inhaltlich bezeichnen sie nahezu Dasselbe: Verfahren, die Prozesse und Entscheidungen auf Basis von Daten und Informationen teilweise oder komplett automatisieren. Das beginnt beim automatischen Lenken von Traktoren und setzt sich bei der Steuerung von Traktorfunktionen durch das Anbaugerät fort (TIM) Anbaugeräte sind z.B. Sämaschinen, Feldspritzen oder Düngerstreuer. Umgekehrt kann auch der Traktor über ein Steuergerät die Anbaugeräte regeln und so etwa die Ausbringmengen steuern und Funktionen ein- oder ausschalten.
Die Vernetzung spielt dabei eine zentrale Rolle – sowohl die Vernetzung von Traktor und Gerät als auch die Vernetzung von Fahrzeugen mit serverbasierten Datenquellen und Diensten.

Wie hat die Digitalisierung die Landwirtschaft bereits heute verändert? Was kann die Digitalisierung der Landwirtschaft in Zukunft noch bringen?

Prof. Dr Patrick Noack: Am weitesten verbreitet sind automatische Lenksysteme, die mit Hilfe von Satellitenortung hochgenau fahren können. Auch das automatische Ein- und Ausschalten von Pflanzenschutzspritzen, Düngerstreuern und Sämaschinen hat sich schnell durchgesetzt. Diese Verfahren sind von Fruchtart, Boden und Wetter unabhängig und verhältnismäßig leicht zu handhaben. In der Tierproduktion kommen in den letzten Jahren immer mehr Melkroboter zum Einsatz.

In der Pflanzenproduktion ist die teilflächenspezifische Bewirtschaftung sicherlich der nächste Schritt. Vorreiterbetriebe setzen sie  bereits ein. Sie beruht darauf, dass Bodenbearbeitung, Aussaat, Düngung und Pflanzenschutz an die Unterschiede im Boden und bei der Pflanzenentwicklung angepasst werden. Das bringt neue Anforderungen mit sich.

Im Bereich Pflanzenschutz gibt es vielversprechende Ansätze, mittels Bildverarbeitung und künstlicher Intelligenz Unkräuter zu erkennen und den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln so deutlich zu reduzieren. Vor dem Hintergrund des zunehmenden gesellschaftlichen und politischen Drucks hin zu einer deutlichen Reduzierung von Pflanzenschutzmitteln können solche Verfahren an Bedeutung gewinnen.

Auch die Robotik wird in den nächsten Jahren vermehrt  Einzug in die Landwirtschaft halten. Dabei ist noch unklar, ob Traktoren herkömmlicher Bauart fahrerlos über das Feld fahren oder viele Kleinstroboter die Arbeit von einem großen Traktor übernehmen.

Können wir das anhand eines Beispiels durchspielen?

Prof. Dr Patrick Noack: Die Düngung mit Stickstoff ist in der Pflanzenproduktion von großer Bedeutung, da sie maßgeblich den Ertrag und die Qualität der Ernteprodukte bestimmt. Eine zu geringe Stickstoff-Düngung verringert Ertrag und Qualität. Eine Überversorgung wiederum senkt den Gewinn und führt dazu, dass Nitrat ins Grundwasser gelangt.

Stickstoff-Sensoren ermitteln den Stickstoffgehalt der Pflanzen in Echtzeit, so dass die Düngung sofort angepasst werden kann. So reicht insgesamt weniger Stickstoff für die Düngung aus und dieser kann optimal im Feld verteilt werden.

In einem zweiten Schritt kann aus Messdaten des Bodens (Geoelektrik), Satellitenaufnahmen und Ertragsmessungen die Ertragsfähigkeit des Bodens sehr genau geschätzt werden. Mit diesen Zusatzdaten lässt sich nicht nur der aktuelle Versorgungsgrad berechnen, sondern auch der erwartete Gesamtbedarf bis zur Ernte. Auch hier sind viele digitale Methoden im Spiel.

Als dritter Schritt kann bei der organischen Stickstoff-Düngung mit Gülle ein NIR-Sensor eingesetzt werden, um die Nährstoffgehalte der Gülle in Echtzeit zu messen. Auch mit diesem Verfahren kann die Über- und Unterdüngung erheblich verringert werden.

Digitale Methoden und Landwirtschaft 4.0 dienen also nicht nur der betriebswirtschaftlichen Optimierung, sondern können gleichzeitig dazu beitragen, Ressourcen zu schützen.

KI oder Künstliche Intelligenz ist derzeit weltweit eines der großen technischen Zukunftsthemen. Wird KI auch in die Landwirtschaft Einzug halten und wie kann das aussehen?

Prof. Dr. Peter Breunig: Landwirte müssen sich vielleicht langsam daran gewöhnen, dass KI bessere Entscheidungen trifft als sie selbst. Das gilt bereits für Teilbereiche wie die Unkrauterkennung oder die Identifikation von Pflanzenkrankheiten. Dabei ist zu beachten, dass nicht nur die Algorithmen besser werden, sondern auch immer mehr Daten vorhanden sind, um KI-Systeme zu trainieren. Das heißt, KI in der Landwirtschaft wird zunehmend bessere Ergebnisse liefern und dem Landwirt immer mehr Entscheidungen abnehmen.

Welche landwirtschaftlichen Bereiche betrifft das?

Prof. Dr Patrick Noack: Bei der pflanzlichen und tierischen Erzeugung können KI-Methoden die Effizienz erheblich steigern. Viele Faktoren haben Einfluss auf den Erfolg. In der Tierhaltung spielen die Genetik, die Fütterung und die Haltungsbedingungen zusammen. Im Pflanzenbau beeinflussen Genetik, verschiedene Bodeneigenschaften und Klimafaktoren Ertrag und Qualität. Die vielen Eingangs- und Ausgangsvariablen können mit klassischen mathematischen Modellen unmöglich beschrieben werden – KI ist hierfür wesentlich besser geeignet. Aktuell scheitert die wissenschaftliche Umsetzung daran, dass die Datengrundlage zu gering ist.

Sensoren, Datenanalyse, Robotik – das alles kostet Geld. Für welche Betriebe ist die Digitalisierung gedacht?

Prof. Dr Patrick Noack: Die digitalen Methoden und Werkzeuge sind vielfältig. Sicherlich eignen sich nicht alle Werkzeuge für alle Betriebe. Grundsätzlich gilt das Gleiche wie für andere Investitionen: ist ein Return of Investment gegeben, lohnt sich die Anschaffung von Systemen oder die Inanspruchnahme von Dienstleistungen.

Prof. Dr. Peter Breunig: Zahlten sich gewisse Maschinen und Technologien früher oft erst ab einer gewissen Betriebsgröße aus, so ist es bei vielen digitalen Lösungen anders: Eine App zur Krankheitsbestimmung für Ihre Bestände lohnt sich sowohl für den Kleinbauern in Indien als auch für der Großbetrieb in Russland.

Ein Blick in die Zukunft: Wie wird ein volldigitalisierter Bauernhof einmal aussehen? Etwa in zehn, 20 oder gar 50 Jahren?

Prof. Dr. Peter Breunig: Die Digitalisierung treibt Veränderungen in der Landwirtschaft an, aber nicht alle. Wenn man die Fortschritte im Bereich Biotechnologie (Genome Editing) und bei alternativen Proteinen (In-vitro-Fleisch) bedenkt, wird es sehr schwer, konkrete Prognosen zu treffen. Eines ist jedoch sehr wahrscheinlich: auf Grund der exponentiellen Entwicklung vieler neuer Technologien werden die Veränderungen in der Landwirtschaft noch an Geschwindigkeit zunehmen.

Prof. Dr Patrick Noack: Grundsätzlich ist denkbar, dass Nahrungs- und Futtermittel ohne Eingriff des Menschen erzeugt werden. Hier stellt sich eher die Frage, ob Landwirte, die Gesellschaft und der Verbraucher das wollen. Kosteneffizient und umweltschonend wäre es allemal, wenn die Systeme zuverlässig arbeiten.