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Die smarte Zukunft auf dem Acker

Lesezeit: 9 Minuten

Auch im Ackerbau steigt das Angebot an digitalen Systemen. Und die Visionen sind groß: Bevölkern Roboter bald die Äcker?


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Noch präziser säen, düngen und Pflanzen schützen ist die Idee hinter dem Begriff „Precision Farming“. Das können heute schon viele Systeme, wie der nachfolgende Überblick zeigt. Der nächste Schritt ist das Digital Farming, d.h. diese Einzellösungen zu vernetzen. Verschiedene Geräte wie Sensoren und Maschinen sind untereinander und mit dem Internet vernetzt: Sie senden, empfangen und verarbeiten selbststständig Daten. Das ist die Grundidee des Internets der Dinge, kurz IoT. Wenn dann noch die selbstlernende Künstliche Intelligenz, die KI, die Daten verarbeitet, können z.B. Roboter die Felder völlig autonom bewirtschaften – oder?


1. SENSOREN


Inzwischen gehören Sensoren zu den Herzstücken im Ackerbau. Damit kann der Landwirt in Echtzeit reagieren, z.B. wenn eine Kamera die Krümelung des Bodens erkennt und passend die Kreiselegge beim Säen regelt. Auch der Stickstoffsensor steuert teilflächenspezifisch den Düngerstreuer in Echtzeit. Die erfassten Daten lassen sich zudem mit Ertragspotenzialkarten übereinanderlegen, im sogenannten map overlay-Verfahren. Daraus entstehen Applikationskarten, nach denen Landwirte auch Wachstumsregler und Fungizide teilflächenspezifisch ausbringen können.


Zunehmend ist auch die Nah-Infrarot-Spektroskopie im Einsatz. Die NIRS-Sensoren analysieren Nährstoffgehalte, z.B. der Gülle und dosieren daraufhin die Ausbringmenge. Auch bei der Ernte, z.B. beim Maishäckseln, ist NIRS im Einsatz. Einige Sensoren sind schon länger auf dem Markt, aber immer noch kein Standard, wie z.B. die Ultraschallsensoren am Spritzgestänge. Sie ermöglichen die automatische Gestängeführung, angepasst an die Bestandeshöhe.


Weniger verbreitet sind auch Bodensensoren. Mit unterschiedlicher Messtechnik erfassen diese die Bodenstruktur, teilweise bis zu 2 m tief. Aus den Ergebnissen kann man nicht nur den Bodentyp erkennen, sondern auch dreidimensionale Bodenkarten erstellen.


Die Zukunft gehört den Spektralkameras. Im Versuchsstatus können Systeme bereits jetzt einige Krankheiten sicher erkennen. Praxisreif sind sie allerdings noch nicht. Künftig könnten Kameras in der Front des Traktors ihre Analysen in Echtzeit an die Feldspritze weitergeben. Diese reagiert mit angepassten Ausbringmengen.


2. DROHNEN


Um unabhängig von den großen Kartendiensten wie Google Maps oder Bing einen Überblick über den Acker zu bekommen, setzen immer mehr Landwirte Drohnen ein. Die Vorteile überwiegen: gut aufgelöste Bilder und das sogar bei bewölktem Himmel. Anhand der Fotos lassen sich Bestände überblicken und Schäden feststellen, die z.B. durch Wildschweine oder Hagelschlag entstanden sind. Deutlich größer als Kamera-Drohnen sind jene im Pflanzenschutz. Gegen den Maiszünsler bringen sie Kapseln mit Eiern von Schlupfwespen aus, den Trichogramm brassicae. Oft bieten Maschinenringe diese Dienstleistung an.


Inzwischen fliegen einige Drohnen sogar nach Karte: Die Flächen sind eingezeichnet, die Drohne überfliegt sie selbstständig und wirft punktgenau ihre Kapseln ab. Mit Spektralkameras ausgerüstet, kann man künftig sogar Dünger- und Pflanzenschutzmaßnahmen planen. Damit sind Drohnen die idealen Kommunikationspartner für Trecker oder Roboter: Sie überfliegen die Flächen, die anderen machen die Arbeit.


3. SELBSTSTÄNDIGE MASCHINEN


In der Praxis finden sich kaum Roboter auf dem Acker. Die Idee dahinter ist allerdings vielversprechend:


Kleine Roboter sind ideal, um den Bestand zu kontrollieren. Dazu sammelt er Daten z.B. über Sensoren oder Kameras. Die landen dann in einer Cloud. Von dort aus kann der Landwirt oder die KI diese Daten analysieren. Auch säen, düngen und ernten ist mit diesen Robotern in Bobbycar-Größe möglich, sagen Forscher. Damit wären sie für das sogenannte Spot Farming geeignet: Flächen werden nicht teilflächenspezifisch, sondern pflanzenspezifisch bearbeitet, von der Saat über die Bestandskontrolle bis zur Ernte. Letztendlich könnte ein Roboter auf dem Feld eigenständig über die Pflanzenbehandlung entscheiden. Nur die Frage der Logistik ist bislang ungeklärt.


Größere Roboter haben die richtigen Werkzeuge an Bord, um Unkräuter mechanisch zu entfernen. Sie schneiden oder stampfen unerwünschte Pflanzen in den Boden. Diese erkennen sie per Kamera. Drohnen bieten eine zusätzliche Hilfe: Sie überfliegen den Acker, erkennen Unkrautnester und senden diese positionsbezogenen Daten in die Cloud. Auch Dünger können die Roboter ausbringen. Am ehesten funktionieren und rechnen sich die Systeme in weiten Reihenabständen wie in Sonderkulturen.


Auch autonome Traktoren ohne Fahrer sind in der Entwicklung. Aber noch nicht in der Praxis. Unter anderem sind die Sicherheitsfragen noch ungelöst.


4. BEREGNUNGSMANAGEMENT


Eine große Chance durch die Digitalisierung bietet sich bei der Feldberegnung. Mit der entsprechenden Software und GPS haben Landwirte schon heute eine Übersicht ihrer Beregnungsmaschinen auf dem Feld.


Standort, Wasserdruck, Fehlermeldungen und Abstand zum letzten Beregnungsgang kann der Landwirt per App überblicken. Inzwischen lassen sich die Maschinen sogar per App starten und die Sektorverstellung automatisieren. Alle Daten und Eingaben dokumentieren Web-Version oder App. Damit behält der Landwirt immer den Überblick. Ziel ist zudem, die Wassermenge nach Boden- bzw. Applikationskarte zu verteilen.


Das gilt auch für die Beregnung per Tropfschlauch. Hier bestehen noch ein paar Kinderkrankheiten. Doch grundsätzlich kann der Landwirt Tropfbewässerung per App steuern, überwachen und auch die Düngermenge vorgeben.


5. WETTER/UMWELT


WLAN-basierte Wetterstationen haben die Vorlage geliefert: Aktuelle Daten lassen sich bequem per App ablesen.


Feldwetterstationen sind noch professioneller: Batteriebetrieben erfassen sie mitten im Acker Daten, z.B. Regenmenge, Temperatur und Luftfeuchtigkeit über und im Bestand sowie die Bodentemperatur. Einige Stationen messen auch die Windgeschwindigkeit. Allerdings kann es direkt über dem Bestand zu Verwirbelungen kommen, was die Daten verfälscht.


Gesammelte Daten speichert die Wetterstation regelmäßig in einer Cloud. Von dort kann der Nutzer ausgewertete Daten per App oder Web-Version abrufen. Dazu gibt das System eine Wettervorhersage und direkt eine Empfehlung für den besten Fungizideinsatztermin. Landwirte nutzen diese Funktion allerdings eher als Zweitmeinung. Deutlich wird das im Beitrag „Was bringen Wetterstationen im Feld“, in der top agrar 8/2019, ab Seite 96.


Bodensensoren eignen sich, um zu überprüfen, inwieweit die Pflanzen auf dem Acker unter Trockenstress leiden. Dazu messen z.B. Tensiometer die Saugspannung im Boden. Watermark-Sensoren erfassen hingegen den elektrischen Widerstand der Bodenatmosphäre. Beide Systeme geben die Werte in hectopascal (hPa) aus. Von diesen kann man auf die Feldkapazität schließen und entsprechend beregnen.


Bodenfeuchtesensoren erfassen den volumetrischen Wassergehalt. Danach lassen sich der ideale Bewässerungszeitpunkt und die -menge bestimmen. Einige Sensoren können zudem den Salzgehalt des Bodens erfassen. Immer mehr Geräte übertragen ihre Daten drahtlos in eine Cloud. Und Anbieter arbeiten vermehrt mit IoT-Unternehmen zusammen. Das Ziel: Mit möglichst datengesteuerten Entscheidungen den Wasserverbrauch senken. Künftig soll das System für eine automatisierte Beregnung mit Beregnungsmaschinen oder Tropfschläuchen gekoppelt werden.


6. Computer-Prognosemodelle


Die Infektionsgefahr sagen Prognosemodelle schon seit gut zehn Jahren voraus. Mit der Zeit ist die Prognose für Septoria, Cercospora, Phytophtora, Läuse und Co. noch genauer und standortsepzifischer geworden.


7. KAMERAgeführte Geräte


Mit GPS können die Landwirte so präzise säen, wie möglich. Und das ist die Voraussetzung für eine effiziente mechanische Unkrautbekämpfung. Diese Arbeit vereinfachen Kamera-geführte Hacken: Sie erkennen Reihen und sogar Einzelpflanzen.


Die Unkrauterkennung erfolgt meist über den Kontrast der Farben. Damit kann das System Unkraut und Kulturpflanze unterscheiden. Teurere Systeme analysieren die Bilder mittels KI. Die erkennt Unkräuter als Bilder, lernt sie zu unterscheiden und wird mit jedem Bild immer besser.


Auch quer zur Reihe hacken ist dank präziser Sätechnik möglich. Dafür muss die Maschine jedoch das Saatgut so gezielt ablegen, dass dort auch quer zur Fahrgasse Reihen entstehen. Mehr zum Hacken in Zuckerrüben lesen Sie im Beitrag „Zuckerrüben-Saat: Längs und quer“, erschienen in top agrar 8/2019, ab Seite 112.


8. CLOUD, PC, APP


Alle Daten der Geräte landen in einer Cloud oder auf den Servern der Anbieter. Erst von dort aus kann man per PC-Anwendung oder App darauf zugreifen. Praktisch ist: Applikationskarten managen, Anträge ausfüllen, Rechnungen stellen und Ackerschlagkartei führen, das geht einfach und mobil. Ab und zu rückt der Gedanke an die Datensicherheit in den Hintergrund.


Vor allem bei den Apps und damit gekoppelten Web-Anwendungen ist das der Fall: Diese können unter anderem


  • Unkräuter per Foto erkennen,
  • Spatenproben vom Boden dokumentieren,
  • Pflanzenschutzmischungen nach Angabe der Kultur und Unkräuter bzw. Ungräser berechnen,
  • das Foto einer Gelbschale schnell analysieren und
  • Infektionsgefahr auf einer Teilfläche voraussagen und gleichzeitig einen Behandlungstermin und den passenden Wirkstoff vorschlagen.


9. SATELLITEN


Satellitendaten sind aus der täglichen Arbeit nicht mehr wegzudenken. Das Global Positioning System, kurz GPS, ist Grundlage, um den Boden präziser zu bearbeiten, zu hacken, zu säen oder zu ernten.


Darauf basiert auch die automatische Teilbreitenschaltung, das Section Control. Feldspritze, Düngerstreuer und Sämaschinen arbeiten damit noch präziser. Per GPS und verknüpft mit der Arbeitsbreite, erkennt das System, welche Teile des Ackers schon bearbeitet wurden. Automatisch schaltet es dann am Vorgewende oder im Keil die Teilbreiten ein und aus – je nach dem, wie viel Überlappungen der Landwirt zulässt.


Mehr Potential bieten Sensorsatelliten, besonders seitdem die Daten der Sentinel-Satelliten kostenfrei verfügbar sind. Etwa alle sechs Tage erzeugen die Satelliten Bilder von demselben Ort. Bei freiem Himmel sind Bilder von Sentinel-1-Satelliten ausreichend.


Ist es bewölkt, liefern nur Radarsatelliten wie z.B. Sentinel-2 sichere Bilder. Legt man die Bilder übereinander, im sogenannten map overlay-Verfahren, lassen sich schnell Biomasseunterschiede auf den meist heterogenen Flächen feststellen.


Am besten überblickt man die Flächen, indem man Karten verschiedener Jahre übereinanderlegt. Diese Applikationskarte dient dann als Basis für die Aussaat oder Düngung. Dort, wo in den letzten Jahren eine geringe Biomasse zu sehen war, wird weniger gedrillt und gedüngt.


Aufgrund der Bilder ist z.B. auch eine Maisabreifekontrolle möglich. Teilflächenspezifisch bestimmt eine Software den Trockensubstanzgehalt. Der Nutzer bekommt zudem den TS-Gehalt für die nächste Woche prognostiziert.


friederike.mund@topagrar.com

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