Landwirtschaft 4.0 – Wo geht die Reise hin?

Landwirtschaft 4.0, Digitalisierung, Smart Farming, Precisioun Farming sind Begriffe, die ebenso wie Begriffe wie Gesellschaft 4.0, Industrie 4.0 … immer mehr in den Fokus rücken.

Dabei ist die Digitalisierung bereits seit langem in unserer Wirtschaft, unserer Gesellschaft, in unserem täglichen Leben und selbstverständlich auch in der Landwirtschaft angekommen. Um sich konkreter mit dem Thema zu befassen und auseinander zu setzen, hatte die Bauernzentrale am vergangenen 13. Februar Professor Lucien Hoffmann, Direktor des ‚Environmental Research and Innovation Department’ vom LIST (Luxembourg Institute of Science and Technology) in den Regionalausschuss der Bauernzentrale eingeladen. In seinen Ausführungen ging Professor Hoffmann auf den derzeitigen Stand der Dinge, die diesbezüglichen Arbeiten beim LIST ebenso wie auf die Vor- und Nachteile bzw. Risiken der Digitalisierung in der Landwirtschaft ein.

Von der Industrie 1.0 zur Industrie 4.0…

Das Internet der Dinge mit allgegenwärtiger Vernetzung, Autonome Systeme mit Robotik und Sensorik, IT-basierte Dienstleistungen: Es sind dies ein paar der Mega-Trends, die sich heute zeigen, wobei Smartphones, Tablets und Apps in Verbindung mit intelligenter Sensor- und Satellitentechnik schon fast zum täglichen Gebrauch gehören.

Dabei wurde der Begriff “Industrie 4.0” geprägt. 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution. Als erste industrielle Revolution wird die Einführung der Wasser- und Dampfkraft, mit der automatisierte Produktionsmöglichkeiten entstanden, bezeichnet. Die zweite industrielle Revolution war durch Massenfertigung mit Hilfe von Fließbändern und elektrischer Energie geprägt, die dritte industrielle Revolution oder digitale Revolution durch den Einsatz von Elektronik und Informationstechnologien zur Automatisierung der Produktion. Die vierte industrielle Revolution kennzeichnet sich durch die Nutzung cyber-physischer Systeme.

Mit dem Ausdruck „4.0“ wird Bezug genommen auf die bei Software-Produkten übliche Versionsbezeichnung, die bei größeren Änderungen von einer neuen Version spricht, die erste Ziffer der Versionsnummer um Eins erhöht und gleichzeitig die zweite Ziffer auf Null zurücksetzt.

…und zur Landwirtschaft 4.0

Der Grundansatz für die Landwirtschaft 4.0 ist identisch mit der Industrie 4.0; dabei gilt es, Produktionsprozesse auf den verschiedenen Stufen intelligent zu vernetzen und vom realen Gesellschafts-, Kunden- und Marktinteresse ausgehend zu steuern.

Die Landwirtschaft 4.0 baut auf den Innovationen und Erfahrungen der Industrie 4.0 auf und entwickelt sie weiter gemäß den speziellen Anforderungen der Landwirtschaft. Das “Internet der Dinge” verändert den Trend von einzelnen Produkten hin zu Systemen, die eng miteinander verknüpft werden. Der Weg geht vom einfachen Produkt – dem Traktor – über das intelligente Produkt – der Traktor und der PC – zum intelligenten vernetzten Produkt – das Smartphone vernetzt mit dem Traktor und Datenübertragung an den PC. Als 4. Etappe kommt das Produktsystem, wo die Landmaschinen mit Systemen ausgerüstet sind und automatisch Daten an den Traktor und den PC übertragen. Dieser Etappe folgt das System der Systeme mit Vernetzung von Agrarmanagementsystemen, Bewässerungssystemen, Saatgutoptimierungssystemen, Wetterdatensystemen und Landmaschinensystemen, alles ausgestattet mit Sensoren, die Daten über den Zustand der Pflanzen und der Böden einsammeln, auswerten, untereinander vernetzen… In der 4.0 Zeit kommunizieren Maschinen mit Maschinen und Computerprogramme sollen Entscheidungen treffen.

 

Die Digitalisierung kann sicherlich zu einer noch effizienteren Nutzung der Ressourcen beitragen und kommt so dem Menschen, dem Tier und der Umwelt zugute. 1950 ernährte ein Landwirt 10 Menschen, 2013 lag die Zahl bei 145 und 2050 wird ein Landwirt wohl 200 Menschen ernähren können. Eine stetig wachsende Weltbevölkerung und der höhere Lebensmittelbedarf verlangen in der Tat eine ganz wesentliche Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion, womit denn auch, neben der Perfektionierung bereits existierender Technologien, der Innovation und effizienten ressourcenschonenden Produktionsmethoden eine ganz besondere Bedeutung zukommen.

Landwirtschaft 4.0 – ein kurzer Überblick

Wie bereits erwähnt, ist die Digitalisierung in der Landwirtschaft bereits heute eine Realität und wird sich mehr oder weniger rasch weiterentwickeln. Dabei werden vor allem vier Bereiche aufgelistet: Die Präzisions-Tierhaltung, die Präzisionslandwirtschaft, die Logistik und der Bereich Lebensmittel-Verbraucher. Entlang der gesamten Lebensmittelherstellungskette könnten Robotersysteme, Sensoren, eine automatische Steuerung und weitere technische Innovationen im Zusammenhang mit dem Internet und Big Data nutzbringend eingesetzt werden.

1. Präzisionslandwirtschaft in der Tierhaltung

Die Entwicklungen der Automatisierung und der Roboter-Technik in der Tierhaltung gelangen bereits in vielen Betrieben zur Anwendung. Immer mehr Arbeiten im Stall werden automatisiert, um das Tierwohl zu verbessern. Dabei sind Melkroboter, Spaltenreiniger oder Fütterungsautomaten sehr präsent. Das Melken über automatische Melksysteme hat eine schnelle Entwicklungsphase durchlaufen und seit Jahren gehören die Roboter zum Stand der Technik. Das Herdenmanagement wird zudem überwiegend per Daten auf dem Computer gehandhabt. Mit Hilfe verschiedener Computerprogramme können viele Leistungs- und Gesundheitsdaten des Einzeltieres wie auch der Herde erfasst und ausgewertet werden.

Tierspezifische Daten können zum Beispiel über die Bewegungs-, Fress- und Tieraktivitätssensoren ermittelt werden. Die Bewegungsaktivität der Kühe kann gemessen werden, um so die Brunsterkennung zu erleichtern. Eine optimale und zeitnahe Besamung ist dadurch möglich. Gesundheits- und Verhaltensmonitoring der Tiere stehen im Vordergrund.

Aktuell liegen die Herausforderungen nicht nur in der reinen technischen Entwicklung von Sensorik, sondern auch in der Aufbereitung und Nutzbarkeit der anfallenden Massendaten. Mit permanent erfassten und ausgewerteten Gesundheitsparametern wird der Tierhalter im Bedarfsfall per Handy informiert, um so entsprechend und schnell reagieren zu können. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination aus mehreren Parametern, insbesondere aus verschiedenen Anwendungen der erfassten Daten (Abweichungsmodell und Absolutwerte), die besten Sensitivitäten erzielen. Eine einfache Rückverfolgbarkeit der Daten ist problemlos möglich.

Die Wirtschaftlichkeit digitaler Technik wird von geringeren Kosten der Arbeitskräfte, jedoch häufig durch den höheren Investitionsbedarf bestimmt.

  1. Präzisionslandwirtschaft im Feldanbau

Im Acker- und Feldanbau nimmt das „Precision Farming“ mehr und mehr eine zentrale Rolle ein. Die Präzisionslandwirtschaft steht für eine moderne High-Tech-Landwirtschaft. Präzision durch Satellitensteuerung in der Landwirtschaft schreitet weiter voran, wobei die Satellitensteuerung bereits sehr weit verbreitet ist. Ein Traktor mit GPS-Empfänger und Korrektursignal kann bis auf wenige Zentimeter präzise gesteuert werden.

Zunehmende Auflagen im Bereich des Pflanzenschutzes und der Düngung machen eine Betriebsmanagementsoftware zu einem unersetzlichen Werkzeug. Eine besonders genaue und gezielte Ausbringung von Nährstoffen und Pflanzenschutzmitteln entsprechend den Bodenverhältnissen, den im Boden noch verbleibenden Nährstoffen, dem Wachstum der Pflanzen, der Präsenz von Unkraut oder aber dem Nährstoffbedarf der Pflanzen bzw. weiterer Parameter ist durch den Einsatz dieser Technologie zentimetergenau möglich, womit auch eine optimierte Ernte realisiert wird. Somit wird nicht nur die Umwelt geschont; der Einsatz dieser Technik trägt auch zu einer Reduzierung der Kosten für Betriebsmittel bei.

Nicht nur die Satellitensteuerung ist ein wichtiger Bestandteil der Landwirtschaft, auch weitere Sensoren an den Erntemaschinen selbst werden langsam zur Grundausstattung. Feldhäcksler können z.B. heutzutage, dank modernster Techniken, neben dem Ertrag auch die Inhaltsstoffe des Gutes erfassen. Dabei erfassen sie jede Menge Infos über den Standort und die Sorten, die auch als Entscheidungshilfe zur Bestimmung der Fruchtfolge und Sortenwahl beitragen.

Der Einsatz von Drohnen gehört zur Präzisionslandwirtschaft und ermöglicht weitere Daten über den Zustand der Kulturen zu erfassen.

Der Markt für digitale Landtechnik wächst um durchschnittlich zwölf Prozent im Jahr. Nach aktuellen Prognosen soll allein die Wertschöpfung durch Digitalisierung bis 2020 weltweit ein Volumen von 4,6 Milliarden Euro haben.

  1. Logistik

Auch beim Transport können mit Hilfe der GPS-Technik logistische Erleichterungen entstehen. Die Steuerung des Logistikprozesses zwischen zum Beispiel Erntemaschine, Transportfahrzeugen und dem Verdichtungsfahrzeug kann vorausschauend auf Basis von Ertragsprognosedaten erfolgen, gleichzeitig werden die Fahrrouten der Maschinen aufeinander abgestimmt. Mittlerweile werden etwa 50% der Mittel- bis Groß-Traktoren mit einem GPS-Empfänger ausgestattet. Reduzierte Arbeitszeiten und eine Optimierung der Wirtschaftlichkeit aller Arbeitsgänge sind die positiven Effekte. Im Bereich der Logistik werden auch Drohnen zur Datenerfassung und Datenübermittlung eingesetzt.

  1. Lebensmittel und Verbraucher

Ein weiterer Bereich, in dem die Digitalisierung fortschreitet, ist der der Lebensmittel und Verbraucher. Die digitale Speicherung aller Daten der verschiedenen Produktionsetappen gibt Auskunft über die Produkte und sichert eine lückenlose Rückverfolgbarkeit. Räumlich wie zeitlich hochaufgelöste Informationen aus den jeweiligen Produktionsprozessen können mit Informationen der Produktionsprozesse und der Nachfrage der Verbraucher vernetzt werden, um ökologischer und ökonomischer zu arbeiten.

Der Verbraucher kann auf digitalem Weg die Produkte, per Abruf von Daten mittels Computer, zurückverfolgen. Somit können Qualität und Standards entlang der Lebensmittelkette besser überwacht und kontrolliert werden. Die Lebensmittelqualität kann zu jeder Zeit überprüft werden. Zudem kann durch die vielen Informationsdaten flexibel und zeitnah auf Marktveränderungen reagiert werden. Die Produktion nach Bedarf kann die landwirtschaftliche Produktivität steigern und die Ressourcen schonen.

Auch wenn die landwirtschaftlichen Produkte über den Lebensmittelhandel verkauft werden, trägt Transparenz zu einem positiven Image der Landwirtschaft bei. Denn der Landwirt kann selbst aktiver werden, um Vertrauen und Glaubwürdigkeit gegenüber dem Verbraucher zu erlangen. Die Transparenz und allgemeine Zugänglichkeit von Informationen muss jedoch durch rechtliche Rahmenbedingungen gesichert werden.

Und wo geht die Reise hin?

Bereits heute werden eine Reihe von Daten miteinander verknüpft. Für die Zukunft zeichnet sich für die Hofführung das Bild der Verknüpfung, der Integration aller Daten ab, einschließlich der klassischen „Buchführungsdaten“. Die Entwicklung von immer mehr Sensoren, d.h. auch das Erfassen von immer mehr Informationen über Bodenzustand, Kulturen, deren Nährwert bis hin zum Tiergesundheitszustand wird weitergehen… Es ist tatsächlich das Bild des vollautomatisierten, von Computertechnik gesteuerten Betriebs, wo die Kuh das SMS verschickt und die Maschinen untereinander kommunizieren, wo dem Menschen allerdings noch eine unersetzliche Rolle zukommt: Er muss immer noch die Daten interpretieren und das System entsprechend steuern können.

 

Die Arbeiten vom LIST im Bereich Präzisions-Landwirtschaft

Zu den spezifischen Arbeiten vom LIST im Bereich der Landwirtschaft 4.0 gehört das Prognosemodell Sentinelle – ein Warndienst mit Veröffentlichungen zu Schädlings- und Krankheitsbefall von Raps und Getreide anhand von verschiedenen Daten.

Infolge des Klimawandels werden sich die extremen Wetterereignisse wohl in Zukunft weiter häufen. Bedingt durch die daraus resultierenden Produktionsausfälle steht der landwirtschaftliche Sektor vor einer weiteren Herausforderung. Prognosemodelle, die durch agrarspezifische Wetterdaten erstellt werden können, geben zunehmend Informationen und nehmen erheblich an Aussagekraft zu. Diese erfassten Daten geben Empfehlungen für den Zeitpunkt und den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln an die Landwirte weiter. Hinzu kommt, dass Wetterstationen den optimalen Erntezeitpunkt errechnen können.

Weitere Projekte, an denen das LIST arbeitet oder mitarbeitet, bei denen mit Satellitendaten bzw. mit von Drohnen erfassten Daten gearbeitet wird, betreffen ein WEB-Tool zur Visualisierung der Kulturen. Dieselbe erlaubt eine Voraussage über die zu erwartende Erntemenge, was beispielsweise im Falle einer Biogasanlage erlaubt zu planen, wie weit der Bedarf an Biomasse abgedeckt werden kann bzw. wieviel zugekauft werden muss. Auch wird der Erntezeitpunkt besser planbar.

Ein anderes Projekt betrifft die Quantifizierung von Humus in den Böden per Satellitendaten. Es ist dies eine Anwendung, die effizienter ist als Bodenanalysen und die es erlaubt, wertvolle Informationen an die Landwirte weiterzugeben. Zudem verschafft sie einen Überblick über eine ganze Region.

Das LIST beteiligt sich ebenfalls an einem Projekt in den Niederlanden im Bereich des Kartoffelanbaus. Dabei werden Drohnen zum Ausbringen von Dünger eingesetzt. In einem anderen Projekt werden Drohnen zur Überwachung der Weinberge bzw. zum Ermitteln eines eventuellen Schädlingsbefalls, des zu erwartenden Ertrages und des Reifezustandes der Trauben eingesetzt.

Die neuen funkgesteuerten Multicopter tragen zur technischen Revolution in der Landwirtschaft bei. Die Automatisierung über Sensoren für das Geo-Mapping bis hin zur „Big Data“-Technologie können eine bessere Verwertung der Klima- und Bodendaten zur Folge haben. Ausgestattet mit Sensoren und Mikrokontrollern, Multispektralkameras, GPS-Empfängern und vielem mehr unterstützen die Drohnen die Landwirte bei dem effizienten Einsatz von Pflanzenschutzmitteln. Außerdem liefern sie wichtige Daten über die Bodenbeschaffenheit der Felder. Besonders beim Bodenmonitoring zeigen sich die räumlich-zeitnahen Muster der Bodenqualität, wie beispielsweise des Humus. Per Infraroterkennung kann zudem eine Identifikation der Rehkitze aus der Luft vorgenommen werden und so Wildtiere vor dem Mähtod schützen.

Aus all diesen Daten können robuste Handlungsempfehlungen an die Landwirte abgeleitet werden. In Zukunft werden womöglich elektronische Hilfsmittel wie Apps es ermöglichen, durch ein simples Handyfoto Insektenbefall, Unkräuter oder Pflanzenkrankheiten zu erkennen.

Die Digitalisierung – ein unumkehrbarer Trend

Die Digitalisierung in der Landwirtschaft ist bereits weit verbreitet und wird sich unumkehrbar fortsetzen. Demnach ist es wichtig, sich mit den damit einhergehenden Problemen auseinander zu setzen. Laut einer Umfrage in Deutschland bestätigen 53% der befragten Landwirte, dass sie die Technologien der Landwirtschaft 4.0 bereits heute in der einen oder anderen Form anwenden, für 24% der Befragten stehen sie in Diskussion, für 6% in konkreter Planung. Lediglich für 16% sind sie kein Thema.

Wichtig ist es jedenfalls, sich mit der Digitalisierung auseinander zu setzen: Sie bietet in mehrfacher Hinsicht reale Chancen für die Landwirtschaft; sie geht jedoch gleichzeitig mit realen Risiken einher, die es richtig zu erfassen und einzuschätzen gilt. Dabei ist es unumgänglich, die Frage der Big Data, des Schutzes der Daten, der Verfügbarkeit der Daten und des Eigentums der Daten, auch der Haftung anzugehen. Auf diese sehr weitreichende und schwierige Problematik wird gesondert zurück zu kommen sein.

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