Präzisionslandwirtschaft

Präzisionslandwirtschaft ist ein Oberbegriff für den Einsatz moderner datengesteuerter Technologien für den Anbau von Kulturpflanzen. Im Vergleich zu traditionellen Techniken hat die Präzisionslandwirtschaft viele Vorteile. Die Implementierung von Präzisionstechnologien kann eine Rolle dabei spielen, lokale Bodentypen zu verstehen, die Bodenqualität zu verbessern, realistische Ernteentscheidungen zu treffen, Bewässerungszeiten und Erntemomente zu verwalten, Krankheiten zu planen und anzuwenden, Schädlings- und Unkrautmanagement, Nährstoffanwendung, Überwachung und Ertragsvorhersage. Die Präzisionslandwirtschaft bietet ein besseres Verständnis der räumlichen Anforderungen einer bestimmten landwirtschaftlichen Fläche, die mit hochpräzisen Entscheidungshilfen und Frühwarnsystemen gekoppelt werden können. Die Anwendung dieser Werkzeuge verhindert verschwenderische Handlungen und liefert Informationen für ein rechtzeitiges Management. Durch die Optimierung des Einsatzes von Wasser, Chemikalien und Energie verringert die Präzisionslandwirtschaft die Anfälligkeit des Sektors für den Klimawandel, insbesondere angesichts von Dürren, extremen Wetterereignissen und klimabedingten Schädlingen und Krankheiten. Entscheidungen darüber, wie viel Dünger, wann zu sprühen, wann zu gießen (und wie viel) können mit Entscheidungsunterstützungssystemen getroffen werden, die mit den Geräten im Feld verbunden sind. So können Landwirte wichtige Prozesse aus der Ferne steuern und Zeit, Energie und Ressourcen sparen. Dies wird nicht nur die Rendite verbessern, sondern könnte auch zu vorausschauenden Prognosen führen, was zu angemessenen und rechtzeitigen Maßnahmen führt. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Anpassung der gesamten Ernte an extreme Wetterereignisse, da Prognosen und andere datengesteuerte Umweltfaktoren in Echtzeit formuliert und aktualisiert werden können. 

Die in der Präzisionslandwirtschaft eingesetzten Technologien entwickeln sich ständig weiter. Das Internet der Dinge (IoT), Big Data-Analyse, künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen könnten alle genutzt, optimiert und kombiniert werden, um fundierte Managemententscheidungen zu treffen. Darüber hinaus hat die zunehmende Verfügbarkeit hochauflösender (räumlicher, spektraler und zeitlicher) Satellitenbilder den Einsatz von Fernerkundung auch für die Landwirtschaft gefördert. 

Präzisionslandwirtschaftstechniken erfordern die Integration von Software und Hardware auf drei verschiedenen räumlichen Ebenen: 

• Grund: dies ist der Ort, an dem die physischen Handlungen lokal mit Landmaschinen, Bewässerungsgeräten oder aktiven oder passiven Detektionsgeräten ausgeführt werden. GPS (Global Positioning System)  wird mit bodengestützten Geräten verwendet, um Standortinformationen in Echtzeit zu sammeln, die Karten des Bewässerungssystems, der Felder und der umliegenden Landschaft ermöglichen. Es kann auch helfen, Problemgebiete zu lokalisieren (von Überschwemmungen bis zu Schädlingsausbrüchen). GPS kann den Traktor auch steuern oder spezifische Saatgut- oder Düngemittelanwendungskarten bereitstellen, die in die entsprechende Ausrüstung integriert sind. 
• Antenne: Unbemannte Luftfahrzeuge (Drohnen) oder Pflanzenstaubsauger, die bereits für die Bewässerung, das Sprühen oder die Aussaat verwendet werden, können zur Überwachung oder Erkennung der reflektierenden Eigenschaften von Pflanzen verwendet werden, indem eine Kamera mit multispektralen, hyperspektralen oder thermischen Sensoren verbunden wird. Reflektierende Eigenschaften von Kulturen weisen auf sehr häufige landwirtschaftliche Probleme wie Unkrautdichte, Krankheitsprävalenz, Nährstoffmangel usw. hin. 
• Satellit: Ähnlich wie oben können Satelliten größere Landschaftsmuster überwachen. Diese Überwachung erfolgt in der Regel auf einer größeren räumlichen Skala/mit geringeren Auflösungen als Luftdrohnen, die die Eigenschaften der Erde und die regionalen Wettermuster zur Vorhersage und Erkennung von Vegetationsindizes beobachten können. Die Daten von Satelliten können aus offenen Quellen und Diensten wie dem Copernicus-Landüberwachungsdienst gewonnen werden. 

Im Allgemeinen ist der Landwirt oder Grundbesitzer direkt an der Einführung neuer Präzisionstechnologien mit assoziierten Technologieunternehmen beteiligt. Präzisionslandwirtschaft hängt auch von der Verfügbarkeit und Zugänglichkeit von Datensätzen Dritter oder von Satelliten- oder Wetterdatenströmen ab. Daher ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Landwirten, landwirtschaftlichen Beratungsdiensten (die Landwirten Wissen und Fähigkeiten vermitteln), Forschern und politischen Entscheidungsträgern erforderlich. Oft erfordert die Umsetzung dieser Option eine Verbindung mit einem regionalen oder nationalen Regierungsprogramm oder einer Vereinigung, die Informationen und Ressourcen zur Bodenbedeckung bereitstellt. Lokale Lösungen können auch ohne externen Input implementiert werden, können jedoch kostspieliger sein oder internes Fachwissen erfordern.  

Präzisionslandwirtschaftstechnologie bietet integrierte Werkzeuge für eine bessere Entscheidungsfindung in der Landwirtschaft. Obwohl Landwirte im Allgemeinen Präzisionstechnologien einsetzen wollen, die Kosten senken, hat die Präzisionslandwirtschaft viele Vorteile, die den Erfolg dieser Option begünstigen können. Präzisionslandwirtschaft kann helfen, fundierte Entscheidungen über Anpflanzung, Verwaltung und Ernte zu treffen, lokale Düngung und Bewässerungsmengen zu verwalten. Mit den richtigen Werkzeugen können Präzisionstechniken Maschinen steuern, Schädlinge, Krankheiten oder Dürren lokalisieren und bekämpfen und den Boden vor Auslaugung oder Austrocknung schützen, wodurch Kosten gespart, verschwendete Ernten und Kraftstoffe reduziert und die Arbeitsbelastung bewältigt werden. Initiativen, die die Landwirte für diese Vorteile sensibilisieren, und das Wissen über verschiedene Techniken und Fähigkeiten können die tatsächliche Umsetzung dieser Option begünstigen. 

Trotz der vielen Vorteile und der breiten Palette an Präzisionswerkzeugen hat die Präzisionslandwirtschaft immer noch eine sehr niedrige Implementierungsrate. Es wurden einige Erklärungen für die niedrige Adoptionsquote ermittelt, darunter hohe Investitions- und Lernkosten, zusätzliche Arbeit, Kosten-Nutzen-Verhältnis, Zweifel an der Glaubwürdigkeit der Technologien, die Wahrnehmung der Nützlichkeit durch die Landwirte, die Benutzerfreundlichkeit, das Alter und das Bildungsniveau der Landwirte und die Verfügbarkeit von Ressourcen. Das größte Problem/die größte Einschränkung für die Züchter ist es, zu wissen, wie man alle gesammelten Daten interpretiert und wie man darauf reagiert. Die Ergebnisse des von der EU finanzierten Projekts Demeter (H2020) zeigten, dass der Datenschutz für Landwirte ein wichtiges Anliegen sein könnte, da sie befürchteten, dass Dritte Eigentümer ihrer privaten Daten werden könnten. Mangelnde Ressourcen und hohe Umsetzungskosten wurden als große Hindernisse gemeldet. Kleine Betreiber können von dieser Option ohne die Ressourcen oder das richtige Wissen zurückgelassen werden, was Auswirkungen auf die Resilienz haben kann. 

Die Anschaffungskosten der Präzisionslandwirtschaftsinfrastruktur und -dienstleistungen können aufgrund der Investitionen, die für den Einsatz dieser Technologie auf individueller/landwirtschaftlicher Ebene erforderlich sind, und der mit der spezifischen Dienstleistung verbundenen Gebühr hoch sein. Zeit und Geld werden für Schulungen und Wissensvermittlung, teure oder hochspezialisierte Maschinen oder Technologien oder einen dedizierten Outsourcing-Dienstleister benötigt. Kleinbauern in der derzeitigen Situation ohne gemeinsame Standards erweisen sich oft als nicht in der Lage, Ausrüstungen zu reparieren oder anzupassen, was sie dazu zwingt, Verzögerungen und Kosten zu riskieren, wenn sie zu den Herstellern zurückkehren, um angemessene technische Unterstützung zu erhalten. Die Kosten sind mit der Bereitstellung des Systems (z. B. Hard- und Software, Schulung, Lizenzierung) und dem Betrieb (Reparatur, Wartung) verbunden. Es gibt mehrere bekannte europäische Anreize wie die Präzisionslandwirtschaft, die die Umsetzung der Gemeinsamen Agrarpolitik unterstützen können. 

Einige Kostenbeispiele (Farm-europe) umfassen: 

• Wetterstationen benötigen eine Investition zwischen 400 und 2.000 Euro. 
• Entscheidungshilfen können kostenlos zur Verfügung gestellt werden. Diejenigen, die die Mengen an Inputs vorschreiben, die von Sensoren und Satellitenbildern von Pflanzen verwendet werden sollen, haben einen Höchstpreis von 20 EUR/ha/Jahr. 

• Präzisionssprühgeräte können zwischen 3.000 und 40.000 Euro variieren. 
• Machine Guidance (MG) und Controlled Traffic Farming (CTF) zur Präzisionssteigerung auf der Intra-Plot-Skala:  Kosten variieren von ca. 1.300 - 50.000 €  
• Jätroboter kosten zwischen 25.000 und 80.000 Euro. 
• Durchflussregler für Pivot-Bewässerungssysteme sind ab 1.300 € am günstigsten und Pivot-Steuerungs-Bewässerungsmanagementsysteme können bis zu 35.000 € kosten. Die Tropfbewässerung kostet ca. 40 €/ha. 
• Was auch immer das Werkzeug und seine Kosten sind, Schulungen sind notwendig und können zwischen 420 € und 1.400 € variieren. 

Zusätzliche Kosten für die Wartung von Maschinen und Technologien müssen berücksichtigt werden, obwohl sie nicht ausdrücklich angegeben werden. 

Der Einsatz von Präzisionstechnologien reduziert die Umweltzerstörung und erhöht die Kraftstoffeffizienz, was zu einer Verringerung des CO2-Fußabdrucks führt (Synergie mit Minderungsaspekten). Beispiele hierfür sind eine reduzierte Nitratlaugung in Anbausystemen, eine reduzierte Grundwasserkontamination durch Extraktion der Sprühregime und eine reduzierte Erosion bei präziser Bodenbearbeitung. Die Vorteile für die Landwirte sind die Einsparung von Kosten (Maschinen, Betriebsmittel) sowie die Produktivität und das Einkommen der landwirtschaftlichen Betriebe. Es wird auch mit einer Verringerung der Verschwendung von Saatgut und Produkten gerechnet. Zu den Vorteilen für die Umwelt gehören eine geringere Eutrophierung (aufgrund einer geringeren Verwendung von Nährstoffen) und eine geringere Umweltverschmutzung (aufgrund einer geringeren Verwendung von Pestiziden). 

Darüber hinaus ermöglicht die Präzisionslandwirtschaft die Einsparung von Wasser und Energie. So wurde beispielsweise festgestellt, dass die Einsparung von Wasser bei hochwertigen Obst- und Gemüsekulturen mit präzisen Bewässerungsmethoden etwa 30 EUR/ha/Jahr einspart (Balafoutis et al., 2017). Das größte Potenzial wird in dürregefährdeten Gebieten wie dem Mittelmeerraum erwartet. 

Die Europäische Kommission nennt Präzisionslandwirtschaft als eine Möglichkeit, die Ziele des Europäischen Ökologischen Pakts, bekannt als „europäischer Grüner Deal“ und der Strategie „Vom Hof auf den Tisch“, zu erreichen. Die Umsetzung der EU C ommon A gricultural P olicy (GAP) umfasst neue „Öko-Regelungen“, die einen großen Finanzierungsstrom zur Förderung nachhaltiger Verfahren, einschließlich der Präzisionslandwirtschaft, bieten. Die Mittel aus diesen Programmen werden auch verwendet, um sicherzustellen, dass kleinere landwirtschaftliche Betriebe alle Zugang zu schnellem Breitband-Internet haben, was für computergestützte geografische Informationssysteme (GIS) für das Identifizierungssystem für landwirtschaftliche Parzellen und die Einführung präziserer landwirtschaftlicher Techniken erforderlich ist. Darüber hinaus könnte die p recision-Landwirtschaft die effiziente Umsetzung des AP C durch die Erhebung georeferenzierter Daten über Bodenmerkmale, wetterbedingte Indizes und den Anbaustatus auf Parzellenebene verbessern. 

Ein Jahr ist für die Umsetzung der meisten Technologien erforderlich, aber manchmal könnten Schulungen und Partnerschaften zwischen Technologieanbietern oder -diensten länger dauern. Die Implementierungszeit hängt von der verfügbaren Technologie und dem verfügbaren Budget ab. Einige Technologieoptionen erfordern mehr Schulungen oder Finanzmittel als andere, aber alle erfordern eine bestimmte Schulungs- oder Anlaufphase, bevor sie voll funktionsfähig sind. Gründliche Recherchen, Schulungen und Vorbereitungen können die Implementierungszeit erheblich verkürzen und mit erfahrenen Anwendern zusammenarbeiten. 

Diese Option umfasst eine breite Palette möglicher Techniken mit unterschiedlichen Lebensdauern. Präzisionslandwirtschaftswerkzeuge sind so vielfältig, dass dies von der Art der verwendeten Hardware / Software abhängt. Bei korrekter Implementierung kann die Software in Echtzeit angepasst werden und bleibt relevant, solange die für die Datenerfassung benötigte Hardware funktionsfähig bleibt. In diesem Fall hängt die Lebensdauer fast vollständig von der Haltbarkeit der in der Implementierung verwendeten Hardware ab.