Landwirtschaft 4.0 - Chancen und Herausforderungen

Prof. Lucien Hoffmann: Landwirtschaft als innovativen Sektor positionieren 

Source : De Letzeburger Bauer
Publication date : 01/04/2019

 

Im Rahmen der Generalversammlung der Bauernzentrale, am vergangenen 21. November, referierte Professor Lucien Hoffmann, Direktor des Departement "Environmental Research and Innovation" beim LIST, dem Luxembourg Institute of Science and Teclmology, zum Thema "Digitalisierung in der Landwirtschaft: Chancen und Herausforderungen". Die Bauernzentrale hatte bereits vor rund zwei Jahren das Thema aufgegriffen und mit Professor Hoffmann diskutiert. Das Thema ist von derartiger Tragweite, dass sich sicherlich wiederholt damit auseinandergesetzt werden muss: Zum einen muss die Landwirtschaft sich weiterhin auf die neuen Technologien vorbereiten, zum anderen muss die Digitalisierung in der Landwirtschaft sehr viel stärker als bislang ihren Niederschlag in den agrarpolitischen Maßnalunen finden und verstärkt gefördert werden. 

Die Digitalisienmg hat seit langem Einzug in die Landwirtschaft gehalten und gehört bereits in vielen Betrieben praktisch zur alltäglichen Arbeit - sie bietet zweifelsohne in vielerlei Hinsicht große Chancen für die Landwirtschaft, sei es im Zusammenhang mit Arbeitserleichterungen, mit Produktivitätssteigerungen, mit Ressourcenschonung, d.h. auch Umwelt-, Klima- und Wasserschutz, sowie insgesamt in Zusammenhang mit einer größeren Ressourceneffizienz. Sie stellt die Menschen zweifelsohne vor neue Herausforderungen, sei es in Bezug auf die doch noch oft sehr kostspieligen Investierungen, sei es in Bezug auf das Beherrschen überhaupt dieser neuen Techniken und Technologien oder aber im Zusammenhang mit dem Datenschutz. 

Feststeht jedoch, dass die Digitalisierung sich praktisch unaufhaltsam weiter entwickelt, weshalb es umso wichtiger ist, sich immer wieder mit diesem Thema zu beschäftigen, auch die notwendigen Maßnahmen in die Wege zu leiten, um tatsächlich die sich damit bietenden Chancen nutzen zu können. 

Megatrend Digitalisierung 

Die Digitalisierung gehört zum alltäglichen Leben und unsere Wirtschaft ist zunehmend datengetrieben, so Professor Lucien Hoffmann eingangs seiner Ausführungen, mit Verweis auf den sich abzeichnenden Megatrend mit immer mehr digital angeschlossenen, mit einander verknüpften Objekten, dem Internet der Dinge mit allgegenwärtiger Vernetzung sowie die Entwicklung von Robotik und Sensoren bis hin zu den autonomen Systemen. Neue Instrumente der Macht werden dabei die Big Data: Wer nämlich die Daten hat, hat auch die Macht, nicht nur in der Wirtschaft ... Mit diesem Megatrend einher geht die Renaissance alter Themen wie die Personalisienmg von Produkten und Dienstleistungen, IT-basierte Dienstleistungen sowie die Schaffung neuer Plattformen, auch neuer oder veränderter Wertschöpfungsketten. Das Ganze führt letztlich zu einer datengetriebenen Veränderung der Wirtschaft. 

Von der Industrie 1.0 zur Industrie 4.0 

Spricht man von der ersten industriellen Revolution, so stehen die Entwicklungen, die Ende des 19. Jahrhunderts mit der Einführung automatisierter Produktionsmöglichkeiten, angetrieben mittels der Wassers und Dampfkraft, im Mittelpunkt. Als zweite industrielle Revolution wird die Entwicklung etwa ab 1850 bezeichnet: Charakterisiert ist sie durch die Einführung von Arbeitsteilung und Massenanfertigung, unterstützt durch elektrische Energie. Es ist auch die Zeit der ersten Schritte in Richtung automatisierter Produktionslinien. 

Ein sehr bedeutsamer Schritt erfolgt mit der Entwicklung der elektronischen Systeme. Es ist dies die dritte industrielle Revolution, mit der etwa ab Ende der 1960er Jahre zunehmend IT-basierte Produktionsprozesse einhergehen. Die vierte industrielle Revolution, die wir derzeit erleben, basiert auf der Nutzung cyber-physischer Systeme mit Sensoren und Robotern, allgegenwärtigen Vernetzungen und autonomen Systemen. 

Internet der Dinge

Das Internet der Dinge mit Anbindung an die Datenanalytik hat definitiv Einzug in unser Leben genommen und wird sich weiter entwickeln, auch in alltäglichen Dingen. 

"Smart" ist das neue Schalwort -Smart City, Smart-Energie, Smart-Industrie, Smart-Landwirtschaft, Smart-Haus .... Ob im Bereich der Energie, der Mobilität oder allgemein der Infrastrukturen: Die Systeme sind vernetzt mit ebenfalls der Vernetzung der Daten, womit beispielsweise durch intelligente Stromnetze bzw. permanenten Datenaustausch, die Sicherheit der Energieversorgung gesteigert oder aber der Verkehr besser reguliert werden kann. Autonome, datengesteuerte Maschinen finden sich seit langem in der Industrie; an der Entwicklung autonomer Fahrzeuge wird intensiv gearbeitet. Datengesteuerte Haushaltsgeräte - ob Beleuchtung im Haus, ferngesteuerte Heizungssysteme und Temperatureinstellungen oder ganz einfach per Handy gesteuerte Waschmaschinen oder Rollladen sind heute keine Seltenheit mehr. Weniger bekannt sind noch die SmartKleider, die, mit Sensoren ausgestattet, Informationen über den physischen Zustand der Person oder gar seinen Standort liefern können. 

Landwirtschaft 4.0

Die vorstehende Abbildung zeigt den Weg 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) bis hin zum System von Systemen, mit dazwischen noch dem Produktsystem, wo die Landmaschinen mit Systemen ausgerüstet sind und automatisch Daten an den Traktor und den PC übertragen. Im System der Systeme kommunizieren immer mehr Systeme untereinander und immer mehr Daten werden miteinander verknüpft, u.a. Daten über Boden und Pflanzenzustand, über Wetter und Wettervorhersagen, Feuchtigkeit und Niederschlagsmengen oder aber über Saaten und Saatoptimierungsstrategien. 

Produktionsgewinne und Ressourceneffizienz steigern 

Mit der Landwirtschaft 4.0 können, wie eingangs erwähnt, spürbare Produktivitätsgewinne und eine bedeutende Steigerung der Ressourceneffizienz einhergehen. Erwartet wird, dass dank der neuen Technologien, in 2050 ein Landwirt 200 Menschen ernähren kann, gegenüber 145 im Jahr 2013 und lediglich 10 Menschen in 1950. Diese Zahlen belegen deutlich, wie die Mechanisierung und der technische Fortschritt, darunter auch die Digitalisierung, letztlich der gesamten Gesellschaft zugute kommen. 

Laut Umfragen bejahen denn auch 88% der Befragten, dass digitale Technologien die Ressourceneffizienz in der Landwirtschaft erhöhen können; 86% schätzen, dass damit eine umweltschonendere Landwirtschaft einhergeht; 67% der Kunden sind der Meinung, dass digitale Technologien helfen, die Qualität der landwirtschaftlichen Produkte weiter zu verbessern und 75% der Betriebe schätzen, dass damit die Kosten in der Landwirtschaft gesenkt werden können u.a. durch weniger Dünge- und Pflanzenschutzmittel. Die Digitalisierung in der Landwirtschaft wird demnach durchaus sehr positiv gewertet. 

Landwirtschaft 4.0 - Vier große Bereiche 

Allgemein kann man bei der Landwirtschaft 4.0 vier große Bereiche unterscheiden: Die Präzisionstierhaltung, die Präzisionslandwirtschaft, die Logistik und der Bereich Lebensmittel-Verbraucher. 

1. Die Präzisionstierhaltung 

Es ist wahrscheinlich der Bereich, wo die digitalen Technologien bereits heute die meisten Anwendungen in den Betrieben finden. Es geht dabei um die Melktechnik, mit Erfassen aller diesbezüglich relevanten Daten, es geht um den Melkroboter, jedoch auch um Bewegungs-, Press- und Tieraktivitätssensoren, um die Messung der Körpertemperatur, um Brunsterkennung zwecks optimaler und zeitnaher Besamung, um Fütterungssysteme und die Berechnung der Futterrationen. Es geht allgemein um Gesundheits- und Verhaltensmonitoring der Tiere und um Leistungskontrollen zwecks Optimierung des Herdemnanagements und der Tiergesundheit, insofern mit Hilfe verschiedener Computerprogramme viele Leistungs- und Gesundheitsdaten des Einzeltieres wie auch der Herde erfasst, miteinander verknüpft und ausgewertet werden können.

2. Die Präzisionslandwirtschaft im Feldbau 

Der zweite Bereich, in dem die digitalen Technologen sich entwickeln und zweifelsohne große vielfältige Gewinne bringen werden, ist der Bereich der Felderbewirtschaftung bzw. des Ackerbaus. So vielfältig wie die Gewinne, sind auch die Anwendungsbereiche. Dabei geht es um die Präzisionslandwirtschaft, mit dem Offline-, dem Online- und dem kombinierten Offline- und Online-Verfahren. 

Bodenqualitätskarten geben insbesondere Auskunft über Bodenbeschaffenheit und Leistungsfähigkeit des Bodens, womit in der Standortanalyse der optimale Eintrag erstellt werden kann. Sie werden im Offline-Verfahren eingesetzt in den Bereichen Bodenbearbeitung, Aussaat, Düngung und Pflanzenschutz. Beim Onlineverfahren ist dahingegen der Traktor mit Sensoren ausgestattet, die die Vegetation permanent analysieren: Dies erlaubt, die Maschinen in „real time" zur Ausbringung von Dünger oder Pflanzenschutzmitteln zu steuern, womit eine besonders genaue und gezielte Ausbringung von Nährstoffen und Pflanzenschutzmitteln gewährleistet werden kann, dies unter Berücksichtigung einer Reihe von Faktoren wie Bodenverhältnisse, die noch im Boden vorhandenen Nährstoffe, das Wachstum der Pflanzen, die Präsenz von Unkraut oder aber der Nährstoffbedarf der Pflanzen. Dünger und Pflanzenschutzmittel werden nicht mehr in gleicher Menge flächendeckend eingesetzt, sondern gezielt dort, wo sie gebraucht werden. Daraus resultiert eine größere Ressourceneffizienz und eindeutig eine Win-Win-Situation in Bezug auf Umwelt- und Wasserschutz sowie in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit der Betriebe. 

Der Einsatz von Drohnen erlaubt in der Präzisionslandwirtschaft das Erfassen weiterer Daten, die einem gezielten Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln dienen.

3. Logistik 

Zum einen gehört zur Präzisionslandwirtschaft die Satellitensteuerung, wobei ein Traktor mit GPS-Empfänger und Korrektursignal bis auf wenige Zentimeter präzise gesteuert werden kann. Etwa die Hälfte der Mittel- und Groß-Traktoren sind mittlerweile mit einem GPS-Empfänger ausgestattet. Zum anderen werden auch immer mehr Erntemaschinen mit Sensoren ausgerüstet: Damit kann der zu erwartende Ertrag berechnet werden, was z.B. wichtige Informationen über den benötigten Abtransport des Erntegutes liefert. Gleichzeitig können damit die Fahrrouten der Maschinen besser aufeinander abgestimmt werden. Daneben werden die Inhaltsstoffe des Erntegutes erfasst, d.h. wichtige Informationen zur Bestimmung der Fruchtfolge und der Sortenwahl. 

4. Lebensmittel und Verbraucher 

Auch für den Verbraucher bzw. allgemeiner für den Lebensmittelmarkt bringt die Digitalisierung wesentliche Änderungen, vor allem in Richtung von mehr Transparenz und Rückverfolgbarkeit mit. Der Verbraucher kann auf digitalem Weg die Produkte, per Abruf von Daten mittels Computer, zurückverfolgen. Gleichzeitig kann er ein Feedback an den Erzeuger übermitteln. Die Kommunikation zwischen Erzeuger und Verbraucher dürfte mittels digitaler Technologien verstärkt werden. 

Auf dem Weg in die digitale Welt 

Durch immer mehr Sensoren, Vernetzungen und Anwendungen entsteht ein immer dichterer Informationskreislauf, der zur Optimierung der Produktionsprozesse beitragen kann. Es zeichnet sich hierbei immer wieder das Bild des voll automatisierten, von Computertechnik gesteuerten Betriebes ab, wo die Kuh das SMS verschickt, der Traktor autonom losfährt und die Maschinen untereinander kommunizieren und sich gegenseitig Befehle geben. 

Wann dieses Szenario tatsächlich eintritt, bleibt ungewiss; es ist allerdings keine Utopie mehr. Der globale Markt für Präzisionslaridwirtschaft kennt derzeit jedenfalls eine rasante Entwicklung mit einem Wachstum von rund 12% jährlich. 

Sicher wird wiederholt, nicht nur in der Landwirtschaft, die Frage gestellt, was mit dem Menschen in diesem System geschieht: Feststeht, dass er nach wie vor eine essentielle, unersetzliche Rolle spielen wird. Er muss immer noch die Daten interpretieren und das System steuern. Sicherlich steht er aber auch vor der enormen Herausforderung, sich die erforderten Kenntnisse anzueignen, um in einer digitalen Welt zurechtzukommen. 

Auch technisch bleiben einige Hürden zu überwinden, insofern derzeit unterschiedliche, nicht aufeinander abgestimmte Systeme angeboten werden. In Zukunft wird es für die Hofführung notwendig sein, alle Systeme in ein einheitliches System zu integrieren, einschließlich der Verknüpfung der klassischen Buchführung, damit die Kommunikation zwischen Stall, Feld und Maschinen optimal funktionieren kann.

Die Arbeiten von LIST im Bereich Landwirtschah 4.0 

Das Luxembourg Institute of Science and Technology hat im Laufe der Jahre eine Vielzahl von Arbeiten und Studien im Bereich Digitalisierung oder Präzisionslandwirtschaft in Angriff genommen, dies sowohl hierzulande als auch in Kooperation mit anderen Forschungszentren im Ausland, Nachstehend kurz erwähnt, die verschiedenen Projekte, die derzeit von LIST durchgeführt werden bzw. an denen LIST beteiligt ist. 

Von Sentinelle ... 

Das wohl bekannteste Projekt von LIST im Bereich Landwirtschaft 4.0 ist das Prognosemodell Sentinelle, als Warndienst zu Schädlings- und Krankheitsbefall bei Raps und Getreide. Damit werden den Landwirten wichtige Informationen bzw. Empfehlungen für den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln gegeben. 

... bis Überwachung per Satellit 

LIST beteiligt sich ebenfalls an Projekten, bei denen es um die Überwachung der Vegetation per Satellit bzw. Drohnen geht. Dabei liefern die Farbe der Blätter bzw. deren Verfärbung wichtige Informationen über den Zustand der Pflanzen, was u.a. einen zielgerichteten Einsatz von Düngeoder Pflanzenschutzmitteln erlaubt. 

Ein wichtiger Bereich, in dem LIST tätig ist, ist das Erstellen von Karten an Hand von Satellitenbildern, die z.B. Auskunft über den Humusgehalt der Böden geben oder, wie bereits zuvor erwähnt, über den Nährstoffbedarf der Pflanzen, was eine auf den Bedarf der Pflanzen völlig abgestimmte Ausbringung von Dünger ermöglicht. Nebenstehende Schaubilder illustrieren, wie die Nährstoffbedürfnisse farblich unterschiedlich aufgezeichnet werden. 

Auf ähnliche Weise wird ein Projekt hierzulande von LIST durchgeführt, bei dem es um die Quantifizierung von Kohlenstoff in den obersten Bodenschichten geht. Auch hier erlauben Satellitenbilder durch unterschiedliche farbliche Aufzeichnungen wertvolle Daten zu ermitteln. 

Bei einer anderen Amvendungwerden per Satellit Daterizur Biomasse erfasst. Vor der Ernte können auf Basis der farblichen Aufzeichnungen auf den Satellitenbildern wertvolle Informationen zum Energiegehalt von beispielsweise Mais gewonnen und gegebenenfalls an die Biogasanlage weitergeleitet werden. 

Drohnen im Kartoffelanbau und im Weinbau 

In Kooperation mit einer niederländischen Forschungsstelle beteiligt sich LIST an einem Projekt im Kartoffelbau, bei dem Drohnen zur Ausbringung von Dünger eingesetzt werden. Drohnen kommen ebenfalls hierzulande in den Weinbergen zum Einsatz zum Ermitteln eines Befalls mit Pilzkrankheiten oder Schädlingen, zum Ermitteln ebenfalls des zu erwartenden Ertrages und des Reifezustandes der Trauben. 

Landwirtschaft als innovativen Sektor positionieren 

Die Digitalisierung in der Landwirtschaft wird sich weiterentwickeln und, sozusagen als unumkehrbarer Trend, zunehmend Einzug in die landwirtschaftlichen Betriebe nehmen, sowohl in der Innenwirtschaft als auch im Feld- und Ackerbau. 

Sie bietet zweifelsohne große Chancen, allerdings kommt man auch nicht umhin, über die damit einhergehenden Risiken, auch die sich für die Landwirte stellenden Herausforderungen zu sprechen. 

Präzisionslandwirtschaft: Intelligent, produktiv und nachhaltig 

Es sind dies die drei Charakteristiken, die unbestritten sind und immer wieder zurecht in Bezug auf die Präzisionslandwirtschaft hervorgehoben werden. 

Durch den gezielten Einsatz von Produktionsmitteln und eine intensive Überwachung sowohl in der tierischen wie in der pflanzlichen Produktion kann das Ertragspotenzial optimal genutzt und Ertragsausfälle verhindert werden. 

Durch den gezielten Einsatz von Produktionsmitteln können diese reduziert werden, gleichzeitig wird die Nutzeneffizienz gesteigert. Dies bedeutet auch mehr Umweltschutz, mehr Wasserschutz, mehr Nachhaltigkeit. 

Durch die Präzisionslandwirtschaft ergeben sich unumstritten auch wirtschaftliche Vorteile für den Landwirt, mit, auf der eine Seite, Einsparungen bei den Inputmengen, auf der anderen Seite, eine höhere Produktivität und insgesamt eine größere Ressourceneffizienz. 

Neben den Gewinnen, die sich für die Landwirtschaft und die Umwelt aus der Präzisionslandwirtschaft ergeben, wurden auch die damit einhergehenden Risiken ebenso wie die sich den in der Landwirtschaft tätigen Menschen stellen, diskutiert, darüber hinaus auch die von den politisch Verantwortlichen zu schaffenden allgemeinen Rahmenbedingungen. Wichtig ist und bleibt jedenfalls, dass die Landwirtschaft sich verstärkt als modernen, innovativen Sektor positioniert und auch als solchen, auch und vor allem von der Politik anerkannt und gefördert wird. Zu weiteren Überlegungen zur Präzisionslandwirtschaft sei auf den Leitartikel dieser Ausgabe verwiesen.