Prof. Dr. Jens Karl Wegener - Mit Spot Farming zur nachhaltigen Intensivierung in der Pflanzenproduktion

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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

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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

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Die Landwirtschaft steht vor gewaltigen Herausforderungen:
• Bevölkerungswachstum
• Flächendegradation
• Klimawandel
• Ressourcenverknappung
• …
Dafür müssen gesellschaftlich akzeptierte Lösungen gefunden werden,
was immer schwieriger wird.
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Herausforderungen in der
Landwirtschaft

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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.
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Probleme der Landwirtschaft
Ein „weiter so“ ist keine Zukunftsstrategie!

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Was wollen wir erreichen?
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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“
-…

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Perspektivenwechsel notwendig?
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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!

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Anforderungen an ein neues
Pflanzenbausystem
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Auf Einzelpflanzenebene:
- Ausreichende Bodengüte, -beschaffenheit und –fauna
- Licht
- Platz (ober- und unterirdisch)
- Wenig Konkurrenz
- Termingerechte Wasser- und Nährstoffversorgung
- Gesunde Fruchtfolgen
- Im Bedarfsfall Pflanzenschutz

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Anforderungen an ein neues
Pflanzenbausystem
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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)

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Anforderungen an ein neues
Pflanzenbausystem
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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.

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Wie können wir es erreichen?
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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

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Spot Farming: Ein möglicher
Lösungsweg?
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- 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

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Standraumoptimierung
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- 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.

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Düngung & Pflanzenschutz
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- 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.

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Pflanzenzüchtung
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- 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

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Wie können solche Systeme
bewirtschaftet werden?
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- 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?
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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!
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18. Wettbewerbsfähigkeit autonomer
Kleintechnik – Szenario 150 ha Weizen
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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
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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
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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

22. www.julius-kuehn.de
Institut für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz
Messeweg 11/12, 38104 Braunschweig
www.julius-kuehn.de
at@julius-kuehn.de
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!