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Landwirtschaft 4.0

Roboter auf Unkrautjagd

© iStock

3. Mai 2018

Die Zeiten, als im Märzen der Bauer die Rösslein einspannte, sind schon seit einer Weile vorbei. Längst hat die Digitalisierung Einzug in die Landwirtschaft gehalten: Roboter helfen bei der Stallreinigung, halb autonome Traktoren fahren über die Felder, automatisierte Melkstände und vernetzte Farm-Managementsysteme entlasten den Landwirt und machen den Betrieb effizienter. Aber auch Tierwohl und Umweltschutz sollen durch die digitalen Möglichkeiten gefördert werden.

Wenn Erdbeerbauer Martin Bauer wissen will, wann seine Erdbeeren Wasser brauchen, muss er mittlerweile nicht mehr jedes Feld einzeln ansteuern. Heute genügt da ein Blick auf eine App. Sensoren auf seinen 40 Hektar großen Erdbeerfeldern in Weinstadt in Baden-Württemberg messen den Feuchtigkeitsgehalt in der Erde, die Temperatur unter den Tunnelfolien und kurz oberhalb des Bodens. Die Daten bekommt er drahtlos auf sein Smartphone geschickt. Eine enorme Arbeitserleichterung, musste er früher doch oft wochenlang sogar bei Nacht über die Felder fahren, um nach dem Rechten zu sehen. Auch als Frühwarnsystem soll ihm die Sensortechnik unter die Arme greifen. Sie schlägt Alarm, wenn Trockenheit, Hitze oder Frost die Ernte bedrohen.

Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sind längst nicht die einzigen digitalen Technologien, die auf dem Bauernhof zum Einsatz kommen. Krankheiten werden durch Sensoren im Kuhmagen schon bei der Entstehung erkannt. Drohnen analysieren die Bodenbeschaffenheit oder erkennen Unkrautnester, die dann gezielt behandelt werden können. Das spart Geld für Pflanzenschutzmittel und schont die Umwelt.

Für Romantiker und Leser der „Landlust“ mögen solche Szenarien furchtbar technokratisch klingen. Doch auch sie profitieren von effizienteren Prozessen in der Landwirtschaft – so argumentieren jedenfalls die Befürworter der digitalen Wende auf dem Bauernhof. Denn während Ackerflächen durch Erosion oder Versalzung schwinden, wächst der Bedarf an Lebensmitteln. Bis 2050 wird die Weltbevölkerung auf mehr als neun Milliarden Menschen anwachsen. Die traditionelle Landwirtschaft kann diese nicht alle ernähren. Professor Hans W. Griepentrog von der Universität Hohenheim in Stuttgart bezweifelt zwar, dass digitale Technologien die Versorgungslücken von Lebensmitteln vollständig schließen können, die durch Konflikte und Klimakatastrophen verursacht werden. Der Grund dafür liegt darin, dass sich solche Systeme voraussichtlich zunächst nur in Hochlohnregionen wie Westeuropa, Nordamerika und Japan durchsetzen werden. Der Agraringenieur und Experte für Robotik und Precision Farming ist jedoch davon überzeugt, dass die digitalen Technologien die Landwirtschaft dort effizienter, produktiver, ressourcenschonender und umweltfreundlicher machen. Vor allem helfen sie zuerst einmal dabei, die Prozesse auf und im Acker besser zu verstehen. „Hier eröffnet uns die Digitalisierung ganz neue Möglichkeiten“, sagt Griepentrog.

„Schon ein Regenschauer verändert die Nährstoffbedingungen und -konzentrationen im Acker fundamental“

Hans W. Griepentrog, Professor an der Universität Hohenheim

Bodenbeschaffenheit und Biomasse lassen sich über hochauflösende Satellitenbilder bis auf den Quadratmeter genau in ihren Schwankungen bestimmen und anschließend kartografieren. Mithilfe von GPS gesteuerten halb und voll automatisierten Landmaschinen kann der Landwirt den Dünger exakt dort in der Menge ausbringen, in der er tatsächlich benötigt wird, anstatt ihn wie zuvor nach dem Gießkannenprinzip gleichmäßig über das Feld zu verteilen. Das spart Geld, verhindert Überdüngung und sorgt so dafür, dass weniger Nitrat ins Grundwasser oder in umliegende Flüsse ausgespült wird.

Die Grundidee hinter dem sogenannten Precision Farming: Unterschiede in Bodenbeschaffenheit, Pflanzenbestand und Unkrautdichte möglichst präzise zu bestimmen – und Dünger, Pestizide oder Pflanzenschutzmittel nur dort in der notwendigen Menge einzusetzen, wo sie gebraucht werden.

Je feiner die Messmethoden, desto besser kann der Bauer auf die jeweiligen Bedingungen reagieren. Anders als etwa in der „smarten Fabrik“ ändern sich die Bedingungen auf dem Feld schließlich ständig. „Schon ein Regenschauer verändert die Nährstoffbedingungen und -konzentrationen im Acker fundamental“, erklärt Griepentrog. Mit Sensoren bestückte Traktoren messen den Nährstoffgehalt der Pflanzen während der Überfahrt und in Echtzeit, und ein Computer errechnet daraus den nötigen Düngerbedarf. Je mehr Daten der Landwirt in Zukunft sammelt, je umfassender sie in einer Cloud zusammengeführt und über Big-Data-Lösungen ausgewertet werden, desto schneller kann er beispielsweise auf Schädlinge und Pflanzenkrankheiten reagieren. Werden etwa Pflanzenschutzmittel oder Insektizide gezielt und zum richtigen Zeitpunkt eingesetzt, kann auch die Belastung für menschliche Verbraucher erheblich reduziert werden.

„Bislang haben wir die Natur der Technik angepasst. Nun gehen wir dazu über, die Technik der Natur anzupassen.“

Hans W. Griepentrog, Professor an der Universität Hohenheim

Auch in einem wissenschaftlichen Gutachten des EU-Parlaments vom Dezember 2016 setzt man große Hoffnungen in die Potenziale und Methoden des Präzisionsackerbaus. Der Kraftstoffverbrauch bei der Feldarbeit ließe sich den Berechnungen der Autoren zufolge um 10 Prozent senken, Bodenerosionen von aktuell 17 Tonnen pro Hektar könnten auf eine Tonne verringert werden, der Einsatz von Herbiziden könnte um bis zu 80 Prozent, der Wert von Nitratrückständen im Boden um bis zu 50 Prozent reduziert werden.

Künftig sollen außerdem autonome Roboter über die Felder wuseln – und zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft beitragen. An diesem Konzept forscht Griepentrog mit seinen Kollegen seit Jahren. Anders als tonnenschwere Traktoren tragen die rund 50 Kilo leichten und elektrisch betriebenen Roboter nicht zur Bodenverdichtung bei. Und während bei herkömmlichen Landmaschinen jeder Baum auf dem Feld zum Störfaktor wird, fahren die wendigen Roboter einfach darum herum. „So lassen sich in Zukunft sogar Bäume, Hecken oder Teiche wieder einführen“, meint Griepentro. Sprich: die biologische Vielfalt dorthin zurückbringen, wo sie durch Monokulturen verdrängt wurde. Für Griepentrog ein Paradigmenwechsel: „Bislang haben wir die Natur der Technik angepasst. Nun gehen wir dazu über, die Technik der Natur anzupassen.“ In diesem Sinne haben der Agrarwissenschaftler und seine Kollegen Verfahren entwickelt, mit dem die Roboter über eine Kamera und Bildanalyse-Tools Unkraut nicht nur identifizieren können: Sie sind sogar in der Lage, „gutes“ von „schlechtem“ Unkraut zu unterscheiden. Nicht alle wild wuchernden Pflanzen beeinträchtigen die Ernte gleichermaßen: Einige von ihnen wachsen nur wenige Zentimeter hoch, verhindern ein Austrocknen des Bodens und können selbst die Folgen von Insektenbefall an Kulturpflanzen verringern, mit denen gerade Monokulturen zu kämpfen haben.

Vor allem sollen die Roboter mittels Mikrosprayern einzelne Unkrautgewächse gezielt bekämpfen und so die erforderliche Menge an Herbiziden drastisch reduzieren. Ein Gramm Unkrautvernichtungsmittel pro Hektar würde laut den Berechnungen Griepentrogs genügen. „Heute werden ein bis bis fünf Liter versprüht“, ergänzt der Agraringenieur. Das Schweizer Start-up Ecorobotix will bis 2019 einen ähnlichen Unkrautroboter auf den Markt bringen. Das Landmaschinenunternehmen Fendt arbeitet seinerseits an einem cloudbasierten Schwarmroboter, der für die Aussaat von Mais eingesetzt werden soll – das Ergebnis eines Forschungsprojekts mit der Universität Ulm.

Bis auf der ganzen Welt autonome Roboterschwärme über die Felder huschen, dürfte es aber einige Jahre dauern, denn schließlich müssen die Roboter ihre Alltagstauglichkeit erst noch unter Beweis stellen. Und in Regionen, in denen die Felder groß und die Lohnkosten niedrig sind, rechnen sich die Investitionen vorerst nicht, gibt Griepentrog zu bedenken. „Daher wird die Roboterisierung voraussichtlich im Bereich der Sonderkulturen, im Feldgemüsebau und im Ökolandbau am schnellsten voranschreiten“, erklärt der Agraringenieur.

ZUR PERSON

Professor Hans W. Griepentrog leitet an der Universität Hohenheim den Fachbereich Verfahrenstechnik in der Pflanzenproduktion. Der Maschinenbauingenieur und Sohn eines Landwirts entwickelt und optimiert Messverfahren für landwirtschaftliche Maschinen, um so den Einsatz von Dünger und Pestiziden auf ein Minimum zu reduzieren. Im Projekt VertiCRobo geht der Experte für Precision Farming und Robotik mit Wissenschaftlern unterschiedlicher Fakultäten der Frage nach, wie autonome Roboterschwärme eine nachhaltige und biodiverse Landwirtschaft fördern können.

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