1. www.julius-kuehn.de
Mit Spot Farming zur nachhaltigen
Intensivierung in der Pflanzenproduktion
Jens Karl Wegener, Dieter von Hörsten, Lisa-Marie Urso, Till-Fabian Minßen und Cord-
Christian Gaus
Landwirtschaft gestaltet Zukunft (mit)!, 1. Juni 2018, Börse Messe Dresden
Institut für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz, Messeweg 11/12, 38104 Braunschweig
2. www.julius-kuehn.de
Projekt ALPS
Mit autonomen Landmaschinen zu neuen Pflanzenbausystemen
11.09.2013 2
Pflanze
Ökonomie Technik
Projektdauer: 01.03.2015 – 31.10.2017, gefördert durch BMEL und BÖLN
Ableitung von Szenarien zur
Zukunft der Landwirtschaft sowie
deren Bewertung mit dem Ziel des
Aufzeigens zukünftiger
Handlungsfelder:
- Großtechnikszenario
- Kleintechnikszenario
3. www.julius-kuehn.de
Die Landwirtschaft steht vor gewaltigen Herausforderungen:
• Bevölkerungswachstum
• Flächendegradation
• Klimawandel
• Ressourcenverknappung
• …
Dafür müssen gesellschaftlich akzeptierte Lösungen gefunden werden,
was immer schwieriger wird.
3
Herausforderungen in der
Landwirtschaft
4. www.julius-kuehn.de
In der öffentlichen Wahrnehmung …
• verpestet die Landwirtschaft unser Trinkwasser (Nitratproblematik)
• vergiftet unsere Nahrungsmittel (Pflanzenschutzmittelrückstände)
• quält die Nutztiere (Initiative Tierwohl)
• ruiniert unsere Gesundheit (grüne Gentechnik)
• verwüstet unsere Landschaft (Maiswüsten, Monokulturen,
Strukturwandel)
• macht uns Angst im Straßenverkehr (immer größere und schnellere
Maschinen, stetig wachsende Transportkapazitäten)
• verteuert durch ihre Teilhabe den Strom (Biogas, Windkraft und
Solarenergie)
• liegt der Gesellschaft auf der Tasche (Subventionen)
• und leistet am Ende auch noch einen wesentlichen Beitrag zum
Klimawandel, unter dem sie selber mit am meisten leidet.
4
Probleme der Landwirtschaft
Ein „weiter so“ ist keine Zukunftsstrategie!
5. www.julius-kuehn.de
Was wollen wir erreichen?
5
Ziel: Nachhaltige Intensivierung = mehr Output mit weniger Ressourcenverbrauch
Frage: Wie können wir das erreichen?
Wolters et al. (2014)
Ziel:
Verbesserung der Ökosystemdienstleistungen:
- Mehr Biodiversität
- Vernetzung von Biotopen
- Freizeitgestaltung in „freier Natur“
-…
6. www.julius-kuehn.de
Perspektivenwechsel notwendig?
6
Um die Erträge zu erhöhen, sollten die Grundansprüche der
Einzelpflanze in den Mittelpunkt gestellt werden,…
…der Kulturpflanzenbestand zum Standort passen…
… und funktionale Elemente die
Kulturpflanzen schützen!
7. www.julius-kuehn.de
Anforderungen an ein neues
Pflanzenbausystem
7
Auf Einzelpflanzenebene:
- Ausreichende Bodengüte, -beschaffenheit und –fauna
- Licht
- Platz (ober- und unterirdisch)
- Wenig Konkurrenz
- Termingerechte Wasser- und Nährstoffversorgung
- Gesunde Fruchtfolgen
- Im Bedarfsfall Pflanzenschutz
8. www.julius-kuehn.de
Anforderungen an ein neues
Pflanzenbausystem
8
Auf Schlagebene:
- Generelle Reduzierung des Einsatzes von Agrarchemikalien
- Vermeidung der Verbreitung von Agrarchemikalien auf Nicht-Zielflächen
- Verstärkter Bodenschutz durch Vermeidung von (Mehrfach-) Überfahrten,
insbesondere bei hohen Radlasten
- Stärkere Berücksichtigung von Witterungseinflüssen (Wind, Regen,
Sonneneinstrahlung) und zeitlich abhängigen Naturereignissen (z.B. Bienenflug)
9. www.julius-kuehn.de
Anforderungen an ein neues
Pflanzenbausystem
9
Auf Landschaftsebene:
- Entwicklung von Strukturen, die auf die natürlichen geografischen und
klimatischen Bedingungen abgestimmt sind und der Wind- und Bodenerosion
sowie der Stoffverlagerung unter sich wandelnden klimatischen Bedingungen
Einhalt gebieten.
- Schaffung von Refugien und Pufferzonen, die zu einer Vernetzung von Biotopen
sowie der Stärkung der Biodiversität und der Ökosystemdienstleistungen in der
Agrarlandschaft führen.
- Positive Beeinflussung des Landschaftsbildes (durch kleinere Strukturen!?)
Ein optimales Pflanzenbausystem bringt alle genannten Anforderungen auf
Pflanzen-, Schlag- und Landschaftsebene in Einklang.
10. www.julius-kuehn.de
Wie können wir es erreichen?
10
Um die Erträge zu erhöhen und gleichzeitig gesellschaftliche Akzeptanz zurück
zu gewinnen, sind vier Punkte von Bedeutung:
1. Verbesserte Zuordnung von Kulturpflanzen zu Standorten
• Bsp. Kartoffel/Gemüsebau => Frucht sucht sich den geeigneten Standort
2. Optimierte räumliche und zeitliche Nutzung natürlicher Ressourcen
• Vegetationslänge (z.B. Zuckerrüben)
• Sortenkombination: Höhe, Bestandesdichte, Blattstellung, Phänologie…
• Kombination unterschiedlicher Kulturpflanzen
3. Effizienterer Gebrauch von Agrochemikalien
• Teilflächenspezifische oder gar Einzelpflanzenbehandlung
• Pflanzenschutz und Düngergaben nur nach tatsächlichem Bedarf
4. Stärkung funktionaler Strukturen auf Landschaftsebene
• Gräben, Hecken, Blühelemente
11. www.julius-kuehn.de
Spot Farming: Ein möglicher
Lösungsweg?
11
- Landwirtschaftliche Flächen sind selten homogen (Bodenart, Erträge, Wasser-
versorgung, Höhenprofil, Erosionspotenzial, geografische Ausrichtung etc.)
- Berücksichtigung von kleinräumigen Unterschieden durch
Informationsüberlagerung
- Definition von „Spots“ mit weitgehend homogenen Eigenschaften die
eigenständig bewirtschaftet werden
12. www.julius-kuehn.de
Standraumoptimierung
12
- Maximaler Standraum und Licht für die Einzelpflanze durch Gleichstandsaat
- Reduzierung notwendiger Saatgut- und Beizmengen
- Phytosanitäre Vorteile durch dünnere Bestände
- Einsparung von Pflanzenschutzmitteln
- Bearbeitung in unterschiedliche Richtungen möglich
Erfordert georeferenzierte Saattechnik
mit sehr hoher Ablagegenauigkeit,
auch in der Tiefe.
13. www.julius-kuehn.de
Düngung & Pflanzenschutz
13
- Ziel: Einzelpflanzenbehandlung
- Bedarfsgesteuert über den gesamten Vegetationsverlauf (je nach Kulturart und
deren spezifischen Ansprüche)
- Frühzeitiges Erkennen von Pflanzenkrankheiten und Schädlingsbefall (z.B.
Monitoring durch Zeigerpflanzen)
- Gezielte Platzierung, so dass der Dünger möglichst vollständig von den
Pflanzen aufgenommen werden kann (Vermeidung von Grundwasser- und
Oberflächenabfluss)
Erfordert hochaufgelöste Informationen
sowie Technik zur präzisen Ablage von
Düngern auf und in den Boden bzw. zur
kleinräumigen Applikation von
Pflanzenschutzmitteln.
14. www.julius-kuehn.de
Pflanzenzüchtung
14
- Heute: Genetische Ressourcen werden in Toleranz- und
Resistenzeigenschaften investiert => i.d.R. Etragsverluste
- Wenn ein neues Pflanzenbausystem die natürlichen Abwehrmechanismen der
Pflanzen stärkt und den phytosanitären Druck reduziert, dann können mehr
genetische Ressourcen in der Züchtung zugunsten des Ertrags verlagert
werden.
- Andere Anforderungen an die Kulturpflanze im Spot Farming, die von heutigen
Sorten nicht erfüllt werden => Neue Züchtungsziele
15. www.julius-kuehn.de
Wie können solche Systeme
bewirtschaftet werden?
15
- Die dargestellten Ansätze – von der Pflanze her gedacht – werden mit heutiger
Verfahrenstechnik nicht zu bewirtschaften sein.
- Kleine, autonome Maschinen, die in Schwärmen arbeiten, verschiedene
Prozesse verrichten und sich eigenständig koordinieren, könnten die
Verfahrenstechnik der Zukunft darstellen.
- Mangelnde Schlagkraft wird durch nahezu permanenter Einsatzbereitschaft,
größeren Bearbeitungsfenstern und kleinräumig optimierter Wirtschaftsweise
kompensiert.
- Aufgaben, die heute durch Großtechnik erledigt werden (z.B. Ernte), können
durch Verfahrensauflösung auch durch Kleinmaschinen erledigt werden.
16. Eine Verfahrenskette mit kleinen,
autonomen Maschinen?
16
Bearbeitung auf
20 cm Tiefe
Zentimetergenau Ablage
von 200 Körnern/m²
Versorgung einzelner
Pflanzen mit
70 mg Dünger/Tag
Applikation von einem
Tropfen pro Pflanze
Verarbeitung und Transport von
ca. 20 t Pflanzen je Hektar
17. Was sind die großen Herausforderungen?
- Optimales Maschinenkonzept und Modularität
- Betrieb in der landwirtschaftlichen Praxis
- Autonomie des Arbeitsprozesses
- Sicherheit autonomer Maschinen
- Energieversorgung und Netzinfrastruktur
Eine Verfahrenskette mit kleinen,
autonomen Maschinen!
17
18. Wettbewerbsfähigkeit autonomer
Kleintechnik – Szenario 150 ha Weizen
18
Anzahl benötigter Roboter ist abhängig von Flächenleistung und
Feldarbeitstagen:
Bodenbearb.
und Aussaat
Ernte und
Logistik
Düngung Pflanzen-
schutz
Unkraut-
bekämpfung
Roboter
pro
150 ha
1
Ernte: 1
Logistik: 1
30 - 50 3 - 15 64
19. Wettbewerbsfähigkeit autonomer
Kleintechnik – Preisschätzung
19
Preise der Roboter sind abhängig von den Maschinenkonzepten:
Bodenbearb.
und Aussaat
Ernte und
Logistik
Düngung Pflanzen-
schutz
Unkraut-
bekämpfung
Roboter
Preise in €
23.000 Ernte: 17.200
Logistik: 12.000
1.000 1.200 900
20. Wettbewerbsfähigkeit autonomer
Kleintechnik – Arbeitserledigungskosten
20
Arbeitserledigungskosten ergeben sich aus Anzahl und Preise der Roboter:
Bodenbearb.
und Aussaat
Ernte und
Logistik
Düngung Pflanzen-
schutz
Unkraut-
bekämpfung
Szenario (€) 26 52 20 - 34 3 - 15 .40
Heute (€) 28 ; 36 107 25 7 55
(KTBL 2017)
Grobe Schätzung, Machbarkeit gilt es in der Praxis zu überprüfen.
Getreide stellt besondere Herausforderungen!
21. 21
- Eine nachhaltige Intensivierung unter Berücksichtigung gesellschaftlicher
Aspekte ist grundsätzlich möglich.
- Dazu bedarf es autonomer Kleinmaschinen, deren Kosten grundsätzlich mit
den Größenordnungen heutiger Verfahren vergleichbar sein können.
- Mit autonomen Maschinen können grundsätzlich alle landwirtschaftlichen
Prozesse durchgeführt werden.
- Solche autonomen Kleinmaschinen werden derzeit in vielen Firmen und
Forschungsprojekten entwickelt.
- Autonome Maschinen bieten diverse Vorteile
- Arbeitskraft kann anders verwerten werden
- Weniger Risiko bei Maschinenausfall
- Benötigen keine Fahrgassen
- Ermöglichen neue Bewirtschaftungsmethoden
- Tragen zur nachhaltigen Intensivierung bei
Fazit