Bauernhof-Romantik war gestern

Das digitale Zeitalter hat alle Wirtschaftsbereiche erreicht, auch die Landwirtschaft. Begriffe wie „Precision Farming“, „Digital Farming“, „Prescription Farming“ oder „Smart Farming“ kennzeichnen den Einzug der Informationstechnik in die Landwirtschaft. In diesem Hintergrundbeitrag präsentieren wir wichtige Aspekte und Trends der „Landwirtschaft 4.0“.

Informationstechnologien (IT) haben unser Leben grundlegend verändert. Nur wenige Menschen können heute den Alltag ohne Internet, Smartphone oder Computer meistern. Dieser durch technologische Innovationen vorangetriebene Wandel hat auch die Landwirtschaft erreicht. Selbstgesteuerte Roboter, der Betrieb des Bauernhofs per Mausklick, oder Drohnen, die Daten auf dem Feld in Echtzeit verarbeiten, sind keine Zukunftsszenarien mehr.

Wer sich den Bauernhof als eine von der Natur umgebene und von der Modernität und Technologie entkoppelte Idylle vorstellt, täuscht sich. IT-Systeme finden heutzutage eine breite Anwendung in der Landwirtschaft, werden sie künftig noch stärker beeinflussen und verändern.

Die Digitalisierung ist fortgeschrittener als man denkt

Die Digitalisierung der Landwirtschaft ist fortgeschrittener, als man denkt. Schätzungen zufolge sind in Deutschland 30 % der landwirtschaftlichen Wertschöpfung auf digitale Technologien zurückzuführen. In der Autoindustrie, eine Branche, die stark mit Technik und Innovation verknüpft wird, machen Informationstechnologien aktuell nur 10 % der Wertschöpfung aus.

Dieser Trend entsteht wegen der Notwendigkeit, Erträge laufend zu erhöhen, den Verbrauch von Ressourcen sowie die Umweltbelastung zu minimieren. Die Landwirtschaft hat vielerorts ihre Belastungsgrenze erreicht. Es ist nicht mehr möglich oder nachhaltig, noch mehr Düngemittel oder Pestizide einzusetzen, um die Erträge zu steigern. Landwirtschaftliche Maschinen sind zudem schon schwer und groß genug. Sie können nicht noch größer und schwerer werden, da sonst der Boden in Mitleidenschaft gezogen wird.

Kurzum: Landwirtschaftliche Prozesse müssen verbessert, nicht im herkömmlichen Sinne intensiviert werden. Es geht nicht nur um Zeit und Geld, sondern vor allem um Prozessoptimierung. Entscheidend hierfür, für die Digitalisierung der Landwirtschaft, sind drei überlappende Teilgebiete:

• der Einsatz von IT-getriebenen Geräten,
• die Benutzung von Software für das Farm-Management und
• die Erhebung, Speicherung und Analyse von Daten.

Begriffe wie „Agrarinformatik“, „High-Tech-Landwirtschaft“ oder „automatisierter Acker“ werden hierfür oft als Synonyme verwendet.

Roboter statt Muskelkraft

Automatisierte Systeme sind heutzutage nicht nur in der Lage, wie nach der Einführung der Landtechnik vor zirka 100 Jahren, die Muskelarbeit der Bauern zu verringern und teils auf wenige Fingerbewegung zu reduzieren. Satellitengesteuerte Traktoren, Mähdrescher und Düngerstreuer sind zudem sehr präzise und können dank GPS-Empfänger bis zentimetergenau gesteuert werden. Eine solche Genauigkeit ist selbst für einen erfahrenen Bauer schwer ohne technische Hilfsmittel zu erreichen. GPS-Technologien werden außerdem für den Transport landwirtschaftlicher Güter eingesetzt. Gleichzeitig werden die verfügbaren Möglichkeiten noch nicht voll ausgeschöpft.

Denn obwohl zirka die Hälfte der hergestellten Traktoren GPS-Empfängern besitzt, betreiben in Deutschland gemäß einer Umfrage der BayWa AG nur 18 % der befragten Landwirte eine GPS-basierte Bodenbearbeitung. Die meisten Landmaschinen werden also noch von Menschen, ohne Zutun des Computers gesteuert. Indem zukünftig die komplette Technik besser aufeinander abgestimmt wird, Maschinen und Geräte miteinander kommunizieren, werden sich diese Zahlen stark verändern.

Der Roboter „BoniRob“ übernimmt die Bonitur

Wenn es um Unkräuter geht, kann der Agrarroboter „BoniRob“ zu Hilfe kommen. Der Roboter patrouilliert selbständig auf dem Feld, erkennt Unkräuter und jätet sie. Der autonome Feldroboter ist mit speziellen Digitalkameras und Laserscannern ausgerüstet, hat die Größe eines Kleinwagens und wiegt zirka 500 Kilogramm und ist damit deutlich leichter als oft tonnenschwere Landtechnik.

Das Gerät bewegt sich im Feld mithilfe von GPS-Signalen oder Umweltsensoren und nimmt Bilder von Pflanzen auf. Anhand einer „Phänotypisierungs-App“ wird das Erscheinungsbild (das Phänotyp) der Pflanzen ausgewertet. Unkräuter werden erkannt und mechanisch entfernt, was den Einsatz von Herbiziden erspart. Aber auch von Insekten befallene Pflanzen können aussortiert werden, so dass auch Pestizide eingespart werden können. Der Name „BoniRob“ setzt sich aus den Begriffen „Roboter“ und Bonitur zusammen. Die Pflanzenerkennung des „BoniRob“ beruht auf der Erhebung von Pflanzenmerkmalen wie Form, Größe und Farbe von Blättern und Früchten, Pflanzengestalt oder Chlorophyllgehalt.

Das seit 2008 von der Hochschule Osnabrück im Projekt „robotergestützte Beikrautregulierung in Gemüse“ entwickelte Gerät gewann viel Aufmerksamkeit und mehrere Auszeichnungen. Das innovative Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert. Der Agrarroboter wird zusammen mit dem Start-Up DeepField Robotics (ein Tochterunternehmen von Bosch) und dem Landmaschinenhersteller Amazonen-Werke entwickelt. 2018 könnte die Markteinführung erfolgen.

DeepField machte Ende 2015 mit einem weiteren AgrarRoboter von sich Reden. Zusammen mit dem Pflanzenzüchter STRUBE wurde der weltweite erste selbstnavigierende Feldaufgangs- und Jungpflanzenscanner für Zuckerrüben vorgestellt. Dieser wird nun zur Marktreife weiterentwickelt und kann zukünftig nicht nur zur Bonitur, sondern auch für viele anderen Feldarbeiten genutzt werden. Mit dem „Deepfield 4D-scan“ wird es erstmals möglich sein, täglich vollautomatisiert Daten der Pflanzenentwicklung zu erfassen und aus dem Vergleich agronomische Maßnahmen für kleine Feldbereiche, im Idealfall für jede einzelne Pflanze abzuleiten.

Der Tierarzt kommt, wenn er wirklich benötigt wird

Der Einsatz der Robotik in der Tierhaltung („Precision Livestock Farming“), wie zum Beispiel bei modernen Kuhställen, ist bekannter und wird seit etwas längerer Zeit praktiziert. Die Ställe sind mit unterschiedlichen Sensoren ausgestattet und liefern Daten für ein optimales Herdenmanagement, um beispielsweise die Futterration jeder einzelnen Kuh individuell anzupassen. Speedometer am Bein und elektronische Chips um den Hals überwachen Bewegungen und Aufenthaltsorte der Tiere.

Automatische Systeme übernehmen das Melken und ermöglichen es, die Milchmenge jeder einzelnen Kuh zu überwachen. Auch andere milchbezogene Daten wie Fett- und Eiweißgehalt werden automatisch erfasst, so dass auf kleinste Unregelmäßigkeiten schnell reagiert werden kann. Die Melkroboter melken nicht nur, sondern reinigen auch die Kuheuter und entfernen potentiell gefährliche Mikroben. Krankheiten werden vorgebeugt. Sollte jedoch ein Tier erkranken, kann durch die individuelle Überwachung die Verabreichung von Antibiotika tierbezogen angepasst werden.

Eine Firma aus Frankreich entwickelte ein System, um anhand von Thermometern und Bewegungssensoren die Brunstzeit einer Kuh zu bestimmen. Ist die Kuh besamungsbereit bekommt der Tierarzt eine SMS. Er kommt mit Besamungsspritze und Bullensperma und befruchtet die Kuh. Kein Brunstzeitzyklus wird verpasst und da der Tierarzt nur kommt, wenn er wirklich benötigt wird, werden zudem Kosten gespart.

Betrieb des Bauernhofs per Fingerbewegung

Die Automatisierung, Vernetzung und Digitalisierung landwirtschaftlicher Prozesse bedeutet aber nicht, dass der Mensch nicht mehr benötigt wird. Im Gegenteil: Der Landwirt muss das Geschehen auf dem Betrieb laufend überwachen, zeit- und wetterbedingt steuern und, im Falle unerwarteter Schwierigkeiten, Gegenmaßnahmen finden und einsetzen. Auch für den kompetentesten Landwirt eines kleinen bis mittelgroßen Betriebes ist es aufwendig, den Überblick über die einzelnen Prozesse zu behalten.

Hier kommen Agrarsoftwares wie „365FarmNet“ oder „PC-Agrar“ ins Spiel. Diese Farmmanagement-Systeme erlauben die individuelle, überschaubare und effiziente Steuerung eines Bauernhofes. Sie unterstützen den Landwirt in seinen Betriebs- und Verwaltungsaufgaben und vernetzen ihn mit wichtigen Partnern.

Beispiel Düngerstreuung: Bei der Düngung werden komplizierte, ortsspezifische Verteilungstabellen eingesetzt, die je nach (Teil-)Grundstück, Bodenart und Pflanzensorte variieren. Fehler bedeuten entweder eine Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums (unzureichende Düngung) oder Umwelt- und Bodenbelastung inklusive einer möglichen Abtötung der Pflanze (übermäßige Düngung). Zudem muss die Wetterlage beachtet werden, um zu vermeiden, dass das Düngemittel durch den Regen ausgewaschen wird. Durch die Berücksichtigung von Wetterangaben sowie durch Rücksprache mit Fachpartnern, wie zum Beispiel Hersteller von Düngerstreuern, können Düngerstreuungstabellen optimal auf die Gegebenheiten vor Ort angepasst werden. So kann der Bauer in Echtzeit planen wann, wo und wieviel Dünger auf das Feld kommt.

In dieser Hinsicht verbreitet sich der Begriff „Prescription Farming“: Anhand von Daten und Informationen, die dem Bauer zur Verfügung stehen, kann er die bestmögliche Entscheidung im Voraus treffen, noch bevor er sein Feld sät, düngt oder mit Pflanzenschutzmittel besprüht.

Der Landwirt kann zudem dank der Agrarsoftware Ernte- und Transportaufträge zuteilen und verfolgen, das Personal nach aktuellem Bedarf einsetzen, Saatgut- oder Düngemittelbestellungen automatisch ausführen, den Pflanzenbau neuer Sorten planen, oder die Verabreichung von Medikamenten für kranke Tiere verordnen. Gleichzeitig werden Prozessabläufe dokumentiert und gesammelten Daten gespeichert.

„Big Data“ sind noch keine „Smart Data“

Daten sind die Grundvoraussetzung der modernen Informationstechnik und somit auch der Digitalisierung der Landwirtschaft. Sie müssen auf dem Feld oder im Stall erfasst werden. Außer Sensoren auf dem Tier, Gerät oder Satellit spielen hierfür Drohnen eine wichtige Rolle. Funkgesteuerte Multicopter fliegen über das Feld und nehmen Tausende Luftbilder auf, aus denen das Pflanzenwachstum, die Fruchtreife, ein möglicher Pilzbefall oder die Bodenfeuchtigkeit abgeleitet werden. Anhand von Infrarotkameras können die Maschinen Wildschweine und Rehkitze im Feld orten. Drohnen finden auch im Pflanzenschutz eine direkte Anwendung: sie können Pestizide verteilen, aber auch zur biologischen Schädlingsbekämpfung genutzt werden. Zum Bespiel werden Eier von Schlupfwespen (Trichogramma) gegen den Maiszünsler im Bestand verteilt. Der Vorteil liegt auf der Hand – Drohnen können ein Feld auch dann noch überfliegen, wenn die Pflanzen schon so hochgewachsen sind, dass ein Überfahren mit Traktoren nicht mehr möglich ist.

Daten müssen natürlich auch an die entsprechenden Stellen weitergeleitet und gespeichert werden. Dafür eignen sich zentrale Verarbeitungs- und Speicherungsstellen wie die Cloud. Aber vor allem müssen Daten vernetzt und analysiert werden. Das Vorhandensein vieler Daten ist an sich nicht hilfreich, wenn kein sinnvoller Zusammenhang hergestellt wird, den der Landwirt für das künftige Vorgehen gebrauchen kann. Zudem sollten die einzelnen automatisierten Systeme in der Lage sein, miteinander zu „sprechen“ – sie sollten Daten und Informationen austauschen und miteinander kompatibel sein.

Firmen aus dem Silicon Valley treiben schon längst die Digitalisierung der Landwirtschat voran. US-Unternehmen sind in der Präzisionslandwirtschaft Vorreiter. Der Riese IBM versucht, anhand von ortsspezifischen Modellen Wetterprognosen mit landwirtschaftlichen Prozessen stärker zu vernetzen. Wetterbedingungen beeinflussen die Landwirtschaft erheblich und bleiben das größte Risiko für Landwirte. Schätzungen zufolge sind 90 % der Ernteverluste auf das Unwetter zurückzuführen. Durch genaue und kurzfristige Regenvorhersagen kann aber auch die Feldbewässerung optimal, automatisch und zeitnah angepasst werden. Heutzutage werden 70 % des weltweiten Frischwassers für die Landwirtschaft genutzt. Eine Verschwendung dieser wichtigen Ressource muss vermieden werden.

Präzisionslandschaft ist in Deutschland noch nicht weit verbreitet

In den USA betreiben 60 bis 70 % der großen landwirtschaftlichen Betriebe Präzisionslandschaft. In Deutschland liegt der Wert bei maximal 30 %. Die Digitalisierung der Landwirtschaft in Deutschland hinkt hinterher. Ein Grund dafür mag neben der Größenstruktur der Betriebe auch die misstrauische Haltung gegenüber der Technik in Deutschland und weiteren europäischen Ländern zum Thema Digitalisierung sein.

Sicherheitsbedenken, zum Beispiel was die Speicherung der Daten in der Cloud angeht, sind auf dieser Seite des Atlantiks verbreiteter als in anderen Regionen der Welt. Auch möchten Landwirte nicht von einem einzigen Anbieter oder Software-Hersteller abhängen oder das Daten-Monopol wenigen Unternehmen überlassen. Den Zahlen des Branchenverbands Bitkom zufolge will hierzulande jeder zweite Landwirt auch künftig die Finger von der Präzisionslandschaft lassen. Dazu zählen vor allem Kleinbetriebe mit weniger als zehn Mitarbeitern.Der Kostenfaktor spielt dabei durchaus eine Rolle. Die Präzisionslandschaft ist noch sehr teuer und die Investitionskosten hoch. Nur große Betriebe können sich heute eine Digitalisierung leisten.

Das Potential der „Landwirtschaft 4.0“ ist groß

Modellrechnungen der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft zufolge ist das Potential der „Landwirtschaft 4.0“ sehr groß. Im Vergleich zum konventionellen Landbau spart der Landwirt bei einem digitalisierten Acker 12 % der Arbeitszeit und bis zu 10 % des Betriebsmitteleinsatzes sowie 10 % der notwendigen Menge an Pflanzenschutzmittel; der gesamte Energieverbrauch vermindert sich um 20 bis 60 %. Stellt man diesem Einsparungspotenzial die Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft entgegen, kommt der Landwirtschaft 4.0 eine zentrale Rolle zu. Im globalen Maßstab ist die Landwirtschaft für etwa 20 % und in Deutschland für 7 % der menschlich verursachten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Rechnet man zu diesen 7 % den vor- und nachgelagerten Bereich, also Dünger- und Pflanzenschutzmittelerzeugung sowie die Lebensmittelverarbeitung bis zur Ladentheke hinzu, sind es sogar 15 %. 

Wie das Interesse auf Messen wie der „Agritechnica“ und der „Internationalen Grünen Woche“ bezeugen, ist die Aufmerksamkeit für das Thema hierzulande groß. Die vom Bundeslandwirtschaftsministerium organisierte Fachtagung „Landwirtschaft 4.0 oder Big Data?“ kam zu dem Schluss, dass die Digitalisierung der Branche große Chancen für deutsche Landwirte mit sich bringt, unter anderem um Vorsprünge gegenüber der internationalen Konkurrenz zu gewinnen. Gleichzeitig wird auf Verbesserungspotential verwiesen, insbesondere was die Breitbandinfrastruktur betrifft. Landwirtschaft 4.0 benötigt ein flächendeckendes Internet, wobei damit nicht nur Dörfer, sondern im wortwörtlich Flächen gemeint sind. Sonst passiert es, dass eine Präzisionsmaschine mal eben im Funkloch verschwindet.

Neue Akteure auf dem Feld, neue Herausforderungen für die Zukunft

Um die Digitalisierung der Landwirtschaft voranzutreiben, ist die Vernetzung und Zusammenarbeit vieler Akteure notwendig. Neben Landwirten, Landtechnikherstellern und IT-Unternehmen spielen Agrarhändler, Saatguthersteller, Betreiber von Satellitennavigationssystemen, und Start-Ups eine wichtige Rolle.

Wem gehören die Daten?

Zukunftsszenarien sagen voraus, dass aufgrund der Digitalisierung der Branche der Einsatz von Personal noch flexibler wird. Die Zeit- und Saisonarbeit, die schon jetzt den Personaleinsatz in der Landwirtschaft dominiert, wird zunehmen. Die Flut an Daten, die durch die Digitalisierung generiert, analysiert und gespeichert werden müssen, ebenfalls. Die Datensicherheit und Datenhoheit des Landwirtes muss gewährleistet werden. Wichtige Fragestellungen des digitalen Zeitalters sind auch für die „Landwirtschaft 4.0“ relevant. Wem gehören die Daten? Inwiefern können Daten missbraucht werden? Droht aufgrund des Datenaustauschs Überwachungsdruck durch Behörden, Konkurrenten oder sogar Geschäftspartnern? Wie ist die rechtliche Lage definiert, und wer haftet bei eventuellen Schäden, zum Beispiel beim Versagen selbstgesteuerter Landmaschinen oder beim Missbrauch von Agrarsoftware? Zeitgemäße agrarpolitische und agrarrechtliche Maßnahmen sind daher dringend notwendig.

Große IT-Unternehmen wie IBM spekulieren, dass bei der weiteren Digitalisierung der Branche die Kosten (wie zum Beispiel für die Geräteanschaffung) sinken und somit auch kleine Bauernhöfe künftig in die Präzisionslandschaft einsteigen können.

Demographischer Wandel treibt die Landwirtschaft 4.0

Eine Herausforderung für die Landwirtschaft stellen der demographische Wandel, aber auch die Landflucht dar. Überall auf der Welt werden die Menschen älter und das Leben in Großstädten wird weltweit dem auf dem Land vorgezogen. Der Trend zur Urbanisierung ist ungebrochen. Immer weniger, vor allem aber immer ältere Bauern müssen in der Lage sein, immer mehr Menschen zu ernähren. Inwiefern diese demographische Entwicklung und die „Landwirtschaft 4.0“ sich gegenseitig beeinflussen werden, kann heutzutage nur spekuliert werden. Es ist zu vermuten, dass autonome Systeme, die weniger menschliche Arbeitszeit und Muskelkraft benötigen, verstärkt zum Einsatz kommen werden. Möglich ist auch, dass digitale Systeme in der Lage sein werden, die Attraktivität landwirtschaftlicher Berufe zu beleben.

Die gesamte Wertschöpfungskette im Blick

Zirka die Hälfte der Ernteerträge erreicht heute nicht den Endverbraucher. Mit der „Landwirtschaft 4.0“ wird es möglich sein,  die gesamte Wertschöpfungskette inklusive Transport, Lagerung und Logistik, Vermarktung und Qualitätssicherung zu digitalisieren und zu verbinden.

Zerstört das digitale Zeitalter die Bauernhof-Romantik?

Drohnen, die über das Feld fliegen, patrouillierende Geräte zum Jäten von Unkräutern; Roboter, die Kühe melken, pflegen und überwachen; Bauernhofbetrieb per Mausklick – all diese Bilder wecken den Eindruck, die Bauernhof-Romantik sei zerstört. Die emotionale Beziehung zwischen Bauer, Tier und Natur verloren.

Doch ist das wirklich so? Die Romantik auf dem Bauernhof ist längst nicht mehr zu spüren und wird vor allem durch Werbebotschaften oder eine Bioladen-Romantik in Städten jenseits der landwirtschaftlichen Realität geprägt. Das Ackern bleibt eine sehr harte Arbeit und Landmaschinen sind seit mehr als einem Jahrhundert unersetzliche Helfer in der Praxis.

Es wird die Kritik geäußert, dass digitale Systeme und eine nachhaltige Landwirtschaft nicht in Einklang zu bringen seien. Doch die Ersparnis von Ressourcen und Energieverbrauch bezeugen das Gegenteil, was die Akzeptanz bezüglich dieses Wandels steigern mag. Weder der konventionelle noch der ökologische Landbau scheinen in der Lage zu sein, für die Ernährung der künftigen Weltbevölkerung zu sorgen. Neue Informationstechnologien können einen wichtigen Beitrag zur zukunftsorientierten und nachhaltigen Landwirtschaft liefern, wenn die Chancen der Digitalisierung von der Branche ergriffen werden – zum Wohl der Tiere, der Natur und des Menschen selbst.