Wie Landwirtschaft mit High-Tech nachhaltiger wird | Sustainability

Karsten Zunke
Fachjournalist Digitalisierung, Berlin

Wie Landwirtschaft mit High-Tech nachhaltiger wird — Bild: Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein, LKSH Die Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein und die Universität Bremen erforschen das Ausbringen von Saatgut durch Drohnen.

Die Landwirtschaft wird immer stärker digitalisiert. Neben den wirtschaftlichen Vorteilen können dadurch der Ressourcenverbrauch und die Umweltbelastung gesenkt werden – beispielsweise indem die Fahrwege der Landmaschinen via GPS optimiert werden und Kraftstoff gespart wird. Auch digitale Tools wie Sensoren und Drohnen helfen, Wasser, Pestizide und Dünger gezielt und wirtschaftlich einzusetzen.

Auf einigen Versuchsfeldern in Baden-Württemberg und Brandenburg wird die Zukunft der europäischen Landwirtschaft bereits Realität. Das Verbundprojekt NOcsPS (Landwirtschaft 4.0 ohne chemisch-synthetischen Pflanzenschutz) untersucht, wie ein Mittelweg zwischen konventionellem Anbau und Bio-Landwirtschaft aussehen kann. Hintergrund ist, dass die Politik zunehmend den Verzicht auf chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel fordert, um Umwelt und Biodiversität zu schützen, aber nicht alle Betriebe auf ökologischen Landbau umstellen können. Forscher der Universität Hohenheim, der Universität Göttingen und des Julius-Kühn-Instituts kombinieren daher in diesem Projekt den Verzicht auf chemische Pflanzenschutzmittel mit einer optimierten mineralischen Düngung. Ziel ist ein praxistaugliches Gesamtsystem, das hohe Ertragssicherheit garantiert und gleichzeitig die natürlichen Ressourcen schont. In einer zweiten Projekt-Phase wird dies nun zu einem praxistauglichen Agrar-Gesamtsystem ausgebaut. Unter anderem sollen dabei digitale Verfahren wie eine sensorgesteuerte Hacktechnik und KI-gestützte Erkennungssysteme einen präzisen, biodiversitätsschonenden nichtchemischen Pflanzenschutz ermöglichen.

„Digitale Technologien helfen dabei, Kulturpflanzenbestände gesund zu erhalten, Unkraut- und Schädlingsbefall zu regulieren und Nährstoffe effizient zu applizieren“, sagt Prof. Dr. Enno Bahrs, Fachgebietsleiter Landwirtschaftliche Betriebslehre an der Universität Hohenheim und gleichzeitig Sprecher des NOcsPS-Verbunds. „Damit tragen sie dazu bei, Erträge zu stabilisieren, die Ernährung mit gesunden Nahrungsmitteln zu sichern, die Biodiversität und Bodenfruchtbarkeit zu fördern, das Klima und natürliche Kreisläufe zu schützen und eine standortgerechte, resiliente und nachhaltige Landwirtschaft zu ermöglichen.“

Bild: Universität Hohenheim Die Universität Hohenheim entwickelte eine Sternradhacke, die Unkraut KI-gestützt automatisch erkennt.

Zur präzisen Unkrautregulierung kommen in dem NOcsPS-Projekt kameragesteuerte Hacken zum Einsatz. Sie erkennen automatisch die Pflanzen-Reihen und bekämpfen das Unkraut mechanisch. Für die frühzeitige Erkennung von Pflanzenkrankheiten im Feld werden im NOcsPS-Projekt KI-basierte Deep-Learning-Modelle entwickelt. Der Vorteil: Pflanzenkrankheiten können damit exakt erkannt werden, bevor sie große Flächen erfassen und sie können entsprechend gezielt nichtchemisch behandelt werden. Das schont Ressourcen und schützt die Biodiversität. „Im Bereich der mechanischen Unkrautregulierung sowie der Applikation von Nährstoffen und Pflanzenbehandlungsmitteln haben sich digitale Technologien bisher besonders bewährt“, sagt Bahrs. Auch Drohnen spielen zunehmend eine Rolle, um Landwirtschaft effizienter und nachhaltiger zu ermöglichen.

Aussaat und Pflanzenschutz aus der Luft

Während Satelliten via GPS Landmaschinen zentimetergenau über die Felder steuern und spezielle Luftbilder liefern, auf deren Grundlage Dünger oder Pflanzenschutzmittel nur dort ausgebracht werden, wo sie tatsächlich benötigt werden, sind über Ackerflächen zunehmend auch Drohnen im Einsatz. Sie haben den Vorteil, dass sie in geringerer Höhe operieren und von Wolken und Wetter weitgehend unabhängig sind. Drohnen sind zu einem wichtigen Bestandteil der so genannten Präzisionslandwirtschaft (Precision Farming) geworden.

Drohnen in der Landwirtschaft einzusetzen, ist vergleichsweise kostengünstig. Die kleinen Fluggeräte können meist intuitiv über mobile Endgeräte wie Smartphone oder Tablet gesteuert werden. Große Nutzlast-Drohnen – zum Beispiel für die Aussaat, Düngung – haben in der Regel eine eigene Steuereinheit mit Display.

Mit Kameras und Sensoren ausgerüstet, lassen sich mit Drohnen Felder und Wälder aus der Vogelperspektive überwachen, um den Zustand von Kulturpflanzen zu beurteilen und bei Bedarf entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten – und das nicht per „Gießkanne“, sondern sehr gezielt und punktuell, beispielsweise bei einem Schädlingsbefall. Chemikalien und Dünger werden gespart, Ressourcen und Umwelt geschont.

Drohnen schützen Tiere

Nicht zuletzt helfen Drohnen in der Landwirtschaft auch dem Tierschutz. So lassen mittlerweile viele Landwirte vor der Ernte Drohnen aufsteigen, um Rehe im Getreide aufzuspüren und vor dem „Mähtod“ zu bewahren. Das systematische Überfliegen der Felder geht deutlich schneller als die manuelle Suche und dank Wärmebild-Kameras können beispielswiese Rehkitze auch in hohem Gras oder Getreide gut identifiziert werden.

Große Drohnen zum Ausbringen von Saatgut sind der nächste Entwicklungsschritt. Unter Federführung der Landwirtschaftskammer und wissenschaftlicher Begleitung der Universität Bremen läuft beispielsweise noch bis September 2027 das Projekt „Flugsaat“. Der Vorteil: Drohnen können sehr präzise bereits die Saat ausbringen, noch bevor das Feld abgeerntet ist. Der noch stehende Getreidebestand schützt die Saat vor UV, Hitze und Austrocknen. Auch wird damit verhindert, dass der Boden länger unbedeckt bleibt, was Erosionen und Wasserverlust vorbeugt. Nicht zuletzt werden die Bodenbrüter im Feld geschützt. Damit zeigt sich: Auch durch den Einsatz von Drohnen lassen sich Nachhaltigkeitsaspekte und Wirtschaftlichkeit sehr gut miteinander verbinden.

Chemiefrei und präzise: Unkrautbekämpfung via Laser

Mindestens ebenso effizient und futuristisch ist der Einsatz von Lasern zur Unkrautbekämpfung. Die Laserstrahlen zielen dabei punktgenau auf das Wachstumszentrum junger Unkräuter und verbrennen sie mit minimaler Energie und ohne Bodenbelastung oder CO₂-Emissionen. Beispielsweise hat die Schweizer Firma Caterra – ein Spin-off der ETH Zürich – einen Agrarroboter entwickelt, der autonom mit GPS- und Kamera-Technologie über die Felder navigiert, mit Hilfe eines Deep Learning Algorithmus Nutzpflanzen von Unkräutern unterscheidet und diese Unkräuter dann mit Hilfe von Laserstrahlen erhitzt, so dass diese wenig später absterben. Im Vorfeld müssen lediglich die Feldgrenzen einmalig am Computer festgelegt werden, dann ist er rund um die Uhr einsatzbereit. Noch sind es Prototypen – aber es zeigt eindeutig die Richtung, in die sich die Landwirtschaft entwickelt: mehr Präzision, weniger Chemie und bessere Erträge – dank digitaler Lösungen.

Caterra Rover — Bild: Caterra Der "Rover" von Caterra vernichtet Unkraut ganz futuristisch mittels Laser.

Datenaustausch und Automatisierung schonen Ressourcen

Damit Digitalisierung ihre volle Wirkung entfalten kann, müssen Daten fließen und Geräte, Bildschirme und Messfühler untereinander vernetzt werden. Spezielle Sensoren können beispielsweise während der Feld-Überfahrt einer Landmaschine mit Hilfe der Lichtreflexion der Pflanzen deren Nährstoffbedarf ermitteln – mit LEDs ausgestattet ist das nicht nur bei Tageslicht möglich, sondern sogar nachts. Die Sensoren geben diese Daten unmittelbar an Schlepper oder entsprechende Anhänger weiter. Applikationsmittel, Dünger oder Saat werden dann über automatisierte Streuer präzise nach Bedarf aufgebracht. Auch hier werden Ressourcen geschont und die Umwelt weniger belastet.

Beim wichtigen Wassermanagement kommen ebenfalls Sensoren flächendeckend zum Einsatz. Während Nährstoffsensoren oft an Land-Maschinen befestigt werden, werden Wassersensoren häufig

stationär im Feld oder aus der Luft eingesetzt, um Bewässerungssysteme zu steuern. Moderne Systeme verknüpfen diese Sensordaten mit automatisierten Bewässerungssteuerungen. Sinkt der Feuchtigkeitswert unter einen Schwellenwert, öffnet sich das Ventil automatisch oder der Landwirt erhält eine Benachrichtigung auf das Smartphone.

Fazit: Die Landwirtschaft wird digitaler, effizienter – und nachhaltiger

Die Digitalisierung der deutschen Landwirtschaft ist auf einem guten Weg. Während GPS-Steuerungen heute schon Standard sind, stehen KI-gestützte Robotersysteme noch vor dem Durchbruch in die breite Anwendung. Um diesen Transformationsprozess zu beschleunigen, stellt die EU im Rahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) umfangreiche Fördermittel bereit. Investitionen in Präzisionstechnik werden durch nationale Programme bezuschusst. Das interdisziplinäre Forschungsprojekt NOcsPS wird beispielsweise vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Förderprogramm „Agrarsysteme der Zukunft“ mit knapp 5,3 Millionen Euro gefördert. Und nicht nur dieses Projekt zeigt: Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit müssen sich nicht ausschließen – im Gegenteil: Mit Hilfe digitaler Lösungen ist es möglich, das Beste aus den beiden Welten – Ökonomie und Ökologie – miteinander in Einklang zu bringen.

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