Precision Farming

Ein Beitrag von Prof. Hermann Auernhammer

Die Relevanz von Precision Farming wurde bereits Mitte der 80er Jahre erkannt. Seitdem hat sich viel getan: mittlerweile kommen hochpräzise Ertragskartierungen und NIR-Sensoren zum Einsatz, die für intelligentes Düngungsmanagement und Pflanzenschutz sorgen. Auch die automatische Lenkung von Traktoren und Maschinen ist heute Stand der Technik. Doch um die Möglichkeiten einer umweltorientierten Landbewirtschaftung im Landbau von morgen voll auszuschöpfen, muss das Verfahren weiterentwickelt werden. Mehr über die Entwicklung und Anforderungen des Precision Farming.

Die frühen Ansätze des Precision Farming

Vor ziemlich genau 20 Jahren tauchte erstmals der Begriff „Precision Farming“ in der weltweiten Literatur auf. Vielen erschien dies als Aufbruch in ein neues Zeitalter der Agrartechnik und der Landbewirtschaftung. Andere waren eher skeptisch, denn die deutsche Übersetzung „Präzisionslandwirtschaft“ forderte dazu heraus, alles „präziser“ zu erledigen und nicht nur auf Teilflächen eines Feldes exakter und bedarfsgerechter zu düngen.

Während sich in den USA die Wissenschaft dieser Herausforderung – den dortigen großflächigen Strukturen folgend – aus der Versorgung der Böden mit Nährstoffen näherte, erfolgte der deutsche und europäische Ansatz aus der Agrartechnik heraus. Schon sehr viel früher wurden herstellerspezifische elektronische Gerätesteuerungen für eine exaktere Dosierung von Dünger und Pflanzenschutzmittel entwickelt. Ab Mitte der 80er Jahre erkannte man, dass deren allgemeine und breite Nutzung nur über standardisierte Schnittstellen zwischen Traktor und Gerät erfolgen würde.

Rückgrat aller Entwicklungen: ISO-BUS und Satellitenortung

In elfjähriger Arbeit wurde ab 1987 in der DIN 9684 das „Landwirtschaftliche BUS-System (LBS)“ auf der 11-Bit-CAN-Basis entwickelt und darin auch der Datentransfer von der Traktor-Gerätekombination zum Betriebsmanagement festgeschrieben. Noch während der Definitionsphase wurde zudem von der Normungsgruppe die ISO-Normung, nunmehr mit der 29-Bit Arbitrierung, initiiert und weltweit vorangetrieben.

Heute ist der sogenannte ISO-BUS nach ISO 11783 zusammen mit der Satellitenortung das Rückgrat aller Entwicklungen im Precision Farming und in nahezu jedem Neugerät der Agrartechnik von jedem westlichen Hersteller verfügbar. Aufbauend auf diese Techniken sind wesentliche Bausteine im 'Precision Farming Puzzle' zum Stand der Technik geworden.

Hochpräzise Ertragskartierungen

Allen voran ist die lokale Ertragsermittlung im Mähdrescher zu nennen. Im Minutentakt gemessene Erträge einschließlich der Kornfeuchte und sogar des Eiweißgehaltes werden mit Hilfe von GPS lokal zugeordnet. Leistungsfähige Software erstellt daraus hochpräzise Ertragskartierungen, welche eine Bilanzierung zwischen zugeführten Düngemitteln und abgefahrenen Nährstoffen ermöglichen.

Diese Kartierungen sind zudem Basis für die Düngung der Folgefrucht, um Überdüngungen zu vermeiden und gleichzeitig Ertragsreserven auszuschöpfen. Ergänzend dazu werden in einem weiteren Schritt die im Boden verfügbaren Nährstoffe in GPS-gestützten Bodenbeprobungen ermittelt und in Nährstoffkartierungen dargestellt.

Einsatz von NIR-Sensoren für Düngungsmanagement und Pflanzenschutz

Modernes Düngungsmanagement passt sich dem Wachstum der Pflanzen an und versucht in Teilgaben den Bedarf teilflächenspezifisch zuzuteilen. Über NIR-Sensoren in der Kabine oder in der Traktorfronthydraulik wird die lokale Situation erfasst und online anhand von Bedarfsfunktionen und hinterlegten Ertrags- und Bodenkartierungen (Applikationskarten) die erforderliche Düngermenge ermittelt und in Teilbreiten zugeteilt.

Ähnlich wird im Pflanzenschutz mit dem gleichen Sensor die Bestandsdichte erfasst und online in Verbindung mit Applikationskarten die erforderliche Mittelmenge in Teilbreiten verabreicht. Zudem erfolgt anhand der Applikationskarte auf ungleichförmigen Feldern die Abschaltung von Einzeldüsen, wenn damit Überlappungen vermieden werden können.

Automatische Lenkung von Traktoren und Maschinen

Mehr Komfort durch "Auto-Steer"

Während die aufgezeigte Technik bisher vor allem in größeren Betrieben und im überbetrieblichen Maschineneinsatz Eingang in die Landbewirtschaftung gefunden hat, ist das RTK-gestützte (Real Time Kinematic) „Auto-Steer“ von Traktoren und selbstfahrenden Erntemaschinen mittlerweile Stand der Technik in allen Betriebsgrößen geworden und damit dem vieldiskutierten autonomen Fahren im PKW und LKW weit voraus.

Mit Fehlern kleiner 5 cm von Spur-zu-Spur gehören Überlappungen der Arbeitsgeräte der Vergangenheit an. Höhere Flächenleistungen bei verringertem Mittel- und Treibstoffeinsatz sind Garanten für Umweltentlastung und eine schnelle Investitionsrentabilität. Weit mehr aber schätzen die Landwirte den Komfortgewinn bei sonst eintöniger Arbeit über viele Stunden feldauf-feldab und die große Systemzuverlässigkeit unter ungünstigen Arbeitsbedingungen bei Nebel, Staub und Abend- oder Nachtarbeit.

Anforderungen an die Weiterentwicklung des Precision Farming

Über den ISO-BUS mit Bedienung im Traktorterminal werden nun zunehmend Automatisierungen in der Gerätesteuerung realisiert. Angefangen von der Einzelkorn- und Gleichstandsaat über die Ladewagenbefüllung anhand einer Schwadabtastung in der Schlepperfronthydraulik übernimmt zunehmend das Gerät die Steuerung des Traktors.

Gleichzeitig erfolgt über den Taskcontroller eine umfassende GPS-basierte automatische Dokumentation aller Arbeitsabläufe einschließlich der beteiligten Prozessgrößen. Deren Speicherung und Analyse überfordert jedoch die Mehrzahl der landwirtschaftlichen Betriebe.

Precision Farming muss deshalb weiter entwickelt werden und in der Landwirtschaft 4.0 die Cloud und Big Data berücksichtigen. Erst damit eröffnen sich bisher vielfach nur angedachte Möglichkeiten einer immer stärker umweltorientierten Landbewirtschaftung im konventionellen wie auch im biologischen Landbau von morgen.