Präzisionslandwirtschaft

Gezielte Düngung, Satellit, Sensoren, Ausbringung, Spritzen, Drohnen, RTK, Robotik, Software...

PräzisionslandwirtschaftGezielte Düngung, Satellit, Sensoren, Ausbringung, Spritzen, Drohnen, RTK, Robotik, Software...

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Die Präzisionslandwirtschaft, die in den 80er Jahren in den USA entstand, beruht auf der Nutzung von Informations- und Digitaltechnologien, um die räumliche und zeitliche Variabilität der landwirtschaftlichen Produktion in den Anbaumethoden zu berücksichtigen. Die Internationale Gesellschaft für Präzisionslandwirtschaft(ISPA) definiert Präzisionslandwirtschaft als "eine Managementstrategie, die räumliche, zeitliche und individuelle Daten sammelt, verarbeitet und analysiert und diese mit anderen Informationen kombiniert, um pflanzen- oder tierbezogene, modulierte Managemententscheidungen zur Verbesserung der Ressourceneffizienz, der Produktivität, der Qualität, der Rentabilität und der Nachhaltigkeit der landwirtschaftlichen Produktion zu lenken".

Ziele

Die Präzisionslandwirtschaft versucht, eine Vielzahl von wirtschaftlichen, agronomischen, ökologischen und sozialen Herausforderungen zu bewältigen:

• Wirtschaftlich: Erhöhung des durchschnittlichen Produktionsertrags und/oder Senkung der Produktionskosten, insbesondere der Kosten für den Einsatz von Betriebsmitteln. Die Heterogenität der Erträge hat einen natürlichen Ursprung (Topographie, Lithologie,...), zu dem ein anthropogener Ursprung hinzukommt, der mit der menschlichen Aktivität zusammenhängt (Bodenbearbeitung, Ausbringung von Düngemitteln,...). Der historische Anwendungsfall der Präzisionslandwirtschaft ist die Optimierung des Einsatzes von Betriebsmitteln und insbesondere von Stickstoffbetriebsmitteln.
• Agronomisch: Optimierung der Anpassung der Praktiken an die Bedürfnisse der Kulturen.
• Umwelt: Verringerung bestimmter Verschmutzungen durch Betriebsmittel, wie z.B.Stickstoffauswaschung, und Einschränkung der Nutzung von Wasserressourcen für dieBewässerung.
• Soziale Aspekte: Verbesserung des Komforts bei der Arbeit und Optimierung der Arbeitszeit.

Die 4 Phasen der Präzisionslandwirtschaft

Präzisionslandwirtschaft kann in vier Schritte unterteilt werden:

• Akquisition: Daten sammeln, um die Variabilität der landwirtschaftlichen Produktion zu messen und zu quantifizieren.
• Charakterisierung: Erfassen von agronomischen Daten, um die gesammelten Daten zu kontextualisieren und ihnen Bedeutung zu verleihen.
• Empfehlung: Analyse der gesammelten Daten, um die Variabilität zu verstehen und technische Verfahren zu wählen, die diese Variabilität berücksichtigen.
• Anwendung: Umsetzung der Anbauentscheidungen (Modulation von Düngemitteln, Bewässerung usw.).

Datenerfassung und Messung der Variabilität

Gemessene Parameter

Die gesammelten Informationen ermöglichen es, die Heterogenität verschiedener Parameter innerhalb einer Parzelle zu erfassen:

• Physikalisch-chemische und biologische Eigenschaften des Bodens: Karten der Leitfähigkeit oder des spezifischen elektrischen Widerstandes können als Ergänzung zu Bodenanalysen und Feldgutachten verwendet werden, um den Zustand des Bodens zu untersuchen.
• Der Zustand der Kulturen und/oder der Nutztiere: Bewässerungs- und Düngebedarf, Entwicklungsstadium, Vorhandensein von Krankheitserregern, Frostschäden...
• Die klimatischen Bedingungen.

Geräte zur Datenerfassung

Es gibt eine große Vielfalt an Geräten und Technologien zur Datenerfassung, die nach einer Vielzahl von technischen oder agronomischen Kriterien klassifiziert werden können: ihr Standort, der Zeitpunkt, zu dem diese digitalen Werkzeuge für die Berechnung von Düngemitteldosen verwendet werden..

Abhängig von ihrem Standort werden digitale Datenerfassungsgeräte in zwei Kategorien eingeteilt:

• Fernerkundung: Die Daten werden durch Sensoren auf dem Feld, Sensoren in landwirtschaftlichen Maschinen oder auf dem Streuwerk, Smartphone-Anwendungen mit manueller Eingabe,... erfasst.

• Fernerkundung: Hierbei werden Bilder von Satelliten verwendet (85% der Bilder), Flugzeugen oder Drohnen aufgenommen werden. Die Fernerkundung ermöglicht eine größere räumliche Abdeckung als die Fernerkundung.

Die eingesetzten Technologien können auch danach unterschieden werden, ob sie :

• Direkte Messungen.
• Indirekte Messungen.

Im Falle der Stickstoffdüngung beispielsweise kann der Stickstoffbedarf der Pflanzen durch direkte Messungen (Bestimmung des Nitratgehalts im Pflanzensaft) oder indirekte Messungen, die sich auf das Reflexionsvermögen, das Transmissionsvermögen oder die Fluoreszenz der Pflanze stützen, um den Chlorophyllgehalt zu bestimmen, geschätzt werden.

Die meisten Sensoren und Sonden liefern keine vollständigen Informationen: beispielsweise messen Satellitenkarten zwar die Entwicklung des Stickstoffgehalts in der Produktion, aber nicht die absoluten Mengen. Sie müssen daher mit einer regelmäßigen Parzellenanalyse gekoppelt werden. Ein weiteres Beispiel: Pyranometer messen nicht die Bodenfeuchtigkeit, sondern die Sonneneinstrahlung. Durch die Kombination mit einem Anemometer und einem Niederschlagsmesser kann die Bodenfeuchtigkeit abgeleitet werden.

Ertragskarte einer landwirtschaftlichen Parzelle. Aspexit

Die Erstellung von Karten wie z.B. Ertragskarten ermöglicht es, die Variabilität innerhalb einer Parzelle zu visualisieren. Die Untersuchung der Variabilität innerhalb der Parzelle durch die Erstellung von Ertragskarten ist im Ackerbau am weitesten entwickelt. Mähdrescher, die mit Durchflusssensoren ausgestattet sind, messen die Menge der Körner, die in den Korntank gelangen.

Charakterisierung der Daten

Die gesammelten Rohdaten werden mit einer agronomischen Diagnose verglichen, um ihnen einen Sinn zu verleihen. Es ist möglich,künstliche Intelligenz oder einfach Diagramme anzuwenden, um agronomische Daten aus den gemessenen Daten abzuleiten. Zum Beispiel kann die Bodenfeuchtigkeit durch die Modellierung der Evapotranspiration und die Messung verschiedener Parameter wie Sonneneinstrahlung und Niederschlag geschätzt werden.

Empfehlungen und Entscheidungsfindung

Die Analyse der Daten ermöglicht es, technische Maßnahmen zu wählen, die die gemessene Variabilität berücksichtigen. Die Entscheidungsfindung wird durch die Entwicklung von Prognosemodellen und Entscheidungshilfen, wie z.B. Empfehlungskarten, erleichtert. Zum Beispiel können Bewässerungsempfehlungen auf der Grundlage von Modellen des Bewässerungsbedarfs in Verbindung mit der Bodenfeuchtigkeit auf einer Parzelle erstellt werden.

Datenbanken und künstliche Intelligenz sind Schlüsselfaktoren für die Verwaltung und Integration der großen Mengen an Informationen, die durch die Erfassung und Charakterisierung von Daten entstehen, in die Entscheidungsfindung.

Präzisionslandwirtschaft ist nicht darauf ausgerichtet, die gesamte Funktionsweise des bestehenden Produktionssystems zu überdenken. Sie stellt Mess- und Diagnosewerkzeuge zur Verfügung, mit denen das bestehende Produktionssystem optimiert werden kann. Die verwendeten Computermodelle und andere digitale Technologien versuchen nicht, den Menschen bei der Entscheidungsfindung zu ersetzen, sondern sollen objektive Daten liefern, um die Entscheidungsfindung zu erleichtern.

Umsetzung der Entscheidungen

Dieser letzte Schritt der Präzisionslandwirtschaft besteht in der Umsetzung von Entscheidungen über den Anbau (oder die Viehzucht), die die gemessene und modellierte Variabilität berücksichtigen, d.h. in der Durchführung der Modulation innerhalb der Parzellen. Das Prinzip der teilflächenspezifischen Modulation lässt sich zusammenfassen als "die richtige Dosis am richtigen Ort zur richtigen Zeit".

Für welche Praktiken?

Behandlung mit einer Drohne.

Vernetzte Geräte können verwendet werden, um verschiedene Parameter und Anbauverfahren zu modulieren:

• Die Dosierung der Betriebsmittel.
• Die Dichte der Aussaat.
• Die Bodenbearbeitung.
• Die Bewässerung.

Die Präzisionslandwirtschaft hat sich am stärksten im Ackerbau und in geringerem Maße im Weinbau entwickelt. Die häufigste Anwendung ist das Düngemanagement.

Interventionsgeräte

Die Anpassung der Dosen kann durch manuelle Anwendung (mit Hilfe von Entscheidungshilfen), durch Roboter oder durch landwirtschaftliche Maschinen und Geräte erfolgen.

Im Allgemeinen besteht die Modulationsausrüstung in Verbindung mit einer landwirtschaftlichen Maschine aus einer Kombination von :

• Eine GNSS-Antenne, d.h. ein GPS-Positionierungssystem: Es gibt verschiedene Positionierungssysteme(RTX, RTK, PPP, PPK...), die sich durch die Art des verwendeten Signals, die Übertragung der Korrektur der Positionierung in Echtzeit oder nicht, die Anzahl der verwendeten Empfänger,... unterscheiden. Durch GPS-gestützte Abschnitte können die Überlappungen bei Überfahrten begrenzt werden.

• Ausrüstung mit Durchflussregelung: Die Arbeitsgänge können vorprogrammiert oder in Echtzeit angepasst werden.
• Spurführungskonsole: Spurführungskonsolen können mit einer Spurführung arbeiten (die den Weg anzeigt, dem gefolgt werden soll, ohne die Bewegungen der landwirtschaftlichen Maschinen zu kontrollieren) oder selbstlenkung (Kontrolle der Bewegungen der landwirtschaftlichen Maschinen). DieSpurlenkung kann elektrisch (Elektromotor, der auf das Lenkrad oder die Lenksäule wirkt) oder hydraulisch (wirkt auf das hydraulische Lenksystem) sein.

Roboterarm für landwirtschaftliche Zwecke. Aspexit

Der Einsatz von Robotern ermöglicht die Automatisierung von Aufgaben, die von Menschen ausgeführt werden, z.B. um Übergänge zu verkürzen oder zu systematisieren. Er kann auch dazu beitragen, die Schwere der Arbeit und den Mangel an Arbeitskräften zu beheben. Es gibt zum Beispiel Beerenernteroboter, die mit künstlicher Intelligenz kombiniert werden, um reife Früchte zu erkennen. Ein weiteres Beispiel sind Fütterungsroboter in der Viehzucht, die in der Lage sind, die Futterrationen in der Viehzucht zu individualisieren.

Allerdings sind die Roboter noch nicht für nicht standardisierte Umgebungen, unebene Topographie oder schwierige klimatische Bedingungen geeignet. Obwohl es viele Initiativen gibt, sind sie in den landwirtschaftlichen Betrieben noch selten anzutreffen.

Strategien zur Modulation

Es können zwei Strategien zur Modulation der Betriebsmitteldosen unterschieden werden:

• Kompensationsstrategie, die darauf abzielt, den Ertrag in Gebieten mit geringem Produktionspotenzial zu steigern, indem die Inputmengen in diesen Gebieten erhöht werden.
• Optimierungsstrategie, die darauf abzielt, die Menge der eingesetzten Betriebsmittel zu reduzieren. Sie besteht in der Reduzierung des Einsatzes von Betriebsmitteln in Gebieten, in denen das Produktionspotenzial geringer ist und durch andere Faktoren als die Menge der Betriebsmittel, wie z. B. die Bodenbeschaffenheit, begrenzt wird. In diesen Gebieten ist eine Erhöhung der Inputmengen eine Verschwendung, da sie nicht zu einer Erhöhung des Produktionspotenzials führt.

Integration

In einigen Fällen werden alle diese Schritte der Präzisionslandwirtschaft getrennt durchgeführt, mit separaten Werkzeugen, die vom Bediener bedient werden müssen (z.B. Extraktion der Satellitendaten, Korrektur der Daten, Import der Daten in den Traktor). In anderen Fällen werden die vier Schritte der Präzisionslandwirtschaft gleichzeitig und vollständig integriert durchgeführt: z.B. mit einem Stickstoffsensor in Verbindung mit einem GPS-Positionierungssystem, das am Traktor angebracht ist und die Modulation direkt in Echtzeit ermöglicht.

Die Qualität und Relevanz eines Präzisionssystems hängt von der Genauigkeit des schwächsten der 4 Schritte ab: Wenn die Qualität des Sensors, der die Daten erfasst, schlecht ist, wird die Qualität der Datenanalyse und die Relevanz der Empfehlungen beeinträchtigt.

Die Integration und Standardisierung der 4 Schritte ist ein starkes Argument für ein funktionales System:

• Einfache Vernetzung (Protokolle, Anschlüsse usw.): Die ISOBUS-Norm oder ISO 11783 wurde von derAEF (Agricultural Industry Electronics Foundation) definiert, um den Datenaustausch zwischen verschiedenen Werkzeugen in mobilen Geräten (z.B. Sensoren auf einem Traktor) zu standardisieren und zu vereinfachen, auch wenn diese Werkzeuge von verschiedenen Herstellern stammen. Die Einrichtung eines vollständigen ISOBUS-Systems kann jedoch recht kostspielig sein.

• Bessere Berücksichtigung der Fähigkeiten jedes Sensors und jedes Anwendungselements.
• Weniger Interaktionen und Manipulationen in jedem Schritt.

Abhängigkeit von Ausrüstungsanbietern

Der Erwerb von oft komplexen und teuren Ausrüstungen für die Präzisionslandwirtschaft birgt das Risiko einer Abhängigkeit von den Herstellern dieser Ausrüstungen. Mehrere Mechanismen können Landwirte dazu zwingen, bei einem Lieferanten zu bleiben:

• Technische Zwänge: Die Interoperabilität von Geräten oder Datenbanken verschiedener Hersteller wird absichtlich nicht gewährleistet, was den kombinierten Einsatz von Geräten verschiedener Hersteller oder den Austausch von Daten unmöglich macht.

• Rechtliche Beschränkungen: Die Privatisierung von Daten, die von einer kleinen Anzahl von Akteuren, insbesondere von Landmaschinenherstellern, gemeinsam produziert werden, ermöglicht es, die gemeinsame Nutzung einzuschränken oder sogar zu verbieten. Diese Einschränkungen führen zu einer Abhängigkeit bei der Verarbeitung der gesammelten Daten. Darüber hinaus können diese privatisierten Daten dazu verwendet werden, neue digitale Geräte zu entwickeln und zu vermarkten, die an eine bestimmte Produktionsweise angepasst sind und die Landwirte somit in eine Produktionslogik einbinden können.
  
  

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Quellen

• Dieser Artikel wurde mit freundlicher Unterstützung von Corentin Leroux verfasst. https://www.aspexit.com/
• Buffet, Dominique & Oger, R.. 2000. Präzisionslandwirtschaft: Verwaltung von Daten und Wissensdatenbanken.https://www.researchgate.net/publication/257876410_Agriculture_de_precision_Gestion_des_donnees_et_des_bases_de_connaissances
• Leroux C. 2019. Precision Agriculture in intimate. https://www.aspexit.com/lagriculture-de-precision-en-toute-intimite/
• Horizons. 2020. Precision Farming. https://leshorizons.net/cest-quoi-agriculture-de-precision/
• Ministerium für Landwirtschaft und Ernährungssouveränität. 2021. Die großen Herausforderungen der digitalen Landwirtschaft: Ausrüstung, landwirtschaftliche Modelle, Big Data. https://agriculture.gouv.fr/les-grands-enjeux-de-lagriculture-numerique-equipements-modeles-agricoles-big-data-analyse-ndeg-171

• P. Zwaenepoel, J.M. Le Bars. Landwirtschaft mit Präzision. Ingénieries eau-agriculture-territoires, Lavoisier; IRSTEA; CEMAGREF, 1997, S. 67 - S. 79. hal-00461080. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00461080/document

• Yara. 2019. Interview mit Gilbert Grenier über Präzisionslandwirtschaft. https://www.yara.fr/fertilisation/blog/agriculture-de-precision/