Präzisionslandwirtschaft – Vor- und Nachteile

Was ist Präzisionslandwirtschaft?

In den 1990er Jahren wurden erstmals globale Navigationssysteme kommerzialisiert, und es begann eine neue Phase in der australischen Landwirtschaft. Durch die Nutzung digitaler Daten in Verbindung mit georäumlichen Instrumenten konnten Landwirte und Agrarwissenschaftler mit der Entwicklung der Präzisionslandwirtschaft beginnen.

Die Präzisionslandwirtschaft nutzt die von Satelliten gesammelten Daten und wandelt sie in Wissen um, das die landwirtschaftlichen Entscheidungen vor Ort unterstützt und informiert. Das Copernicus-Programm der EU nutzt eine Gruppe von Satelliten – eine so genannte Konstellation -, die als Sentinels bezeichnet werden. Diese Satelliten sind mit Instrumenten und Technologien ausgestattet, die sowohl das für das menschliche Auge sichtbare Licht (rot, grün, blau) als auch das für uns unsichtbare Infrarotlicht nutzen. 

Die Sentinel-Bilder können mit Daten von Drohnen und Bodensensoren zur Kalibrierung und Validierung abgeglichen werden. Mit diesen Daten können Landwirte die Eigenschaften des Oberbodens und den Zustand der Pflanzen, die Verdunstung der Pflanzen, den Wasserbedarf der Pflanzen und den Stickstoffgehalt des Bodens genau überwachen. Aus den Sentinel-Bildern und -Daten können Karten erstellt werden, die den Landwirten bei Entscheidungen zur Einsparung von Wasser und Nährstoffen helfen können.

Die Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) und Big Data haben dazu geführt, dass landwirtschaftliche Daten nun datengesteuert sind. Es gibt Untersuchungen, die darauf hindeuten, dass eine Zunahme der datengesteuerten Landwirtschaft zu einem höheren Produktionswert führen kann. Unter AgTech versteht man alle Innovationen, die in der gesamten Wertschöpfungskette zur Verbesserung von Effizienz, Rentabilität und/oder Nachhaltigkeit eingesetzt werden. 

AgTech ist vielfältig und kann sowohl Hardware als auch Software umfassen, aber auch eher theoretische Anwendungsgebiete von AgTech wie Geschäftsmodelle und neue Einsatzmöglichkeiten bereits verwendeter Technologie. Obwohl AgTech noch relativ neu ist, wird dem Bereich in Australien immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt, selbst in Sektoren, die traditionell nicht mit der Landwirtschaft zu tun haben.

Wie unterscheidet sie sich von traditionellen Ansätzen?

Die Präzisionslandwirtschaft weicht zwar von den herkömmlichen Anbaumethoden ab, ist jedoch auf die bereits vorhandenen Methoden abgestimmt. Die Daten von Satelliten können ein größeres zeitliches Verständnis über die gesamte Vegetationsperiode hinweg liefern und ermöglichen einen Vergleich der Ernteerträge von Jahr zu Jahr.

Ein häufig geäußertes Problem im Zusammenhang mit der Einführung der Präzisionslandwirtschaft ist die Häufigkeit der Datenerfassung.  Die Sentinel-2-Satelliten umkreisen die Erde alle fünf Tage und erzeugen mit jedem Zyklus einen neuen Datensatz. In einem landwirtschaftlichen Großbetrieb würde es viel länger dauern, diese Daten zu sammeln, wenn sie mit einem Fahrzeug am Boden erfasst würden. Die Sentinel-2-Satelliten sammeln Informationen über den Blattflächenindex, den NDVI, den Wasserzustand des Bodens, den Bedeckungsgrad und andere wichtige Messgrößen. Diese Informationen stehen den Erzeugern am Tag nach dem Überflug des Satelliten über das Gebiet zur Verfügung. Diese häufige Wiederholung ermöglicht dem Erzeuger die Berechnung von Metriken wie Evapotranspiration (ET), Anbau- und Bewässerungswasserbedarf (CWR, IWR) auf der Grundlage der letzten Satellitenerfassung und der meteorologischen Datenvorhersage. Aus diesem Grund sind sie jeden Tag aktuell mit einer Vorhersage von bis zu 5-10 Tagen verfügbar.

Was sind die Vorteile für den landwirtschaftlichen Betrieb und für die Region?

Die Präzisionslandwirtschaft kann den Erzeugern Informationen mit großer Genauigkeit liefern. Wie viel sollte ich bewässern? Wann sollte ich beregnen? Es gibt täglich grundlegende Entscheidungen, die Erzeuger treffen müssen, um eine erfolgreiche Anbausaison zu gestalten – zum Beispiel, wie viel bewässert werden soll, und wann die Pflanzen bewässert werden sollen.Die Präzisionsbewässerung kann dazu beitragen, die Effizienz der Wassernutzung zu verbessern und den Wasserfußabdruck in der Bewässerungslandwirtschaft zu verkleinern. So hilft beispielsweise die Fernerkundung in La Mancha Oriental, Spanien, bei der Kontrolle des Wasserverbrauchs in ~18400 Parzellen mit holzigen Kulturen und unterstützt die Überwachung von 3700 Wasserzählern auf 9968 km2. Die Fernerkundungsdaten ermöglichen es, die zu überprüfenden Parzellen und Brunnen anhand eines objektiven Auswahlkriteriums zu lokalisieren, was Arbeits- und Materialressourcen spart.

Ein weiterer Vorteil der Präzisionslandwirtschaft ist, dass mit Hilfe von Satellitenbildserien schnell Karten erstellt werden können, die den Verlauf einer Anbauparzelle zeigen. Diese Karten werden Managementzonenkarten genannt. Eine Zeitreihe ermöglicht es, die Parzelle von Saison zu Saison zu verstehen. Mit diesem Instrument kann untersucht werden, ob die Bewirtschaftung die Unterschiede in einem Jahr beeinflusst hat oder ob sich Muster wiederholen, die auf eingeschränkte Bodenverhältnisse zurückzuführen sein könnten. Diese Karten sind für verschiedene Bewirtschaftungsaufgaben von entscheidender Bedeutung, z. B. für die Entnahme von Proben in den verschiedenen Zonen der Parzelle oder für die variable Düngung, Ernte (Produktion und Qualität) oder Aussaat.

Ein weiteres Beispiel für Bewirtschaftungszonenkarten, die von Agrisat Iberia aus Sentinel-2-Bildern für ein landwirtschaftliches Gebiet in Spanien erstellt wurden. Die Karten werden zur Bestimmung des Nährstoffbedarfs der Pflanzen (z. B. Stickstoff) verwendet. Sie können die Ausbringung variabler Düngerdosen (Behandlungen mit variablen Raten) auf den Anbauflächen steuern. Diese Karten helfen den Landwirten, den Nährstoffbedarf des Bodens und den Wasserzustand des Bodens und der Baumkronen zu beurteilen, Ernten vorherzusagen und saisonale Veränderungen der Vegetation zu überwachen. Auf der Grundlage dieser Daten können sie fundierte Entscheidungen über die Umsetzung und Verfolgung von Strategien und Maßnahmen für eine nachhaltige Wasserbewirtschaftung treffen.  Auf regionaler, bundesstaatlicher oder nationaler Ebene ermöglichen Bewirtschaftungszonenkarten unabhängige und objektive Schätzungen der Anbaufläche und unterstützen so beispielsweise die Bemühungen zur Gewährleistung der Ernährungssicherheit in gefährdeten Gebieten.

Sentinel-Daten sind nicht nur für die Bewässerung und Nährstoffausbringung von Bedeutung. Diese Daten können auch für die Umweltüberwachung von entscheidender Bedeutung sein, z. B. bei dürrebedingten Veränderungen der landwirtschaftlichen Produktion und der Weideproduktivität. Der Rückgang der Bodenproduktivität und die Verschlechterung der Bodenqualität aufgrund von übermäßigem Anbau, Überweidung oder unsachgemäßer Bewässerung.

Was für Umsetzungshindernisse gibt es?

Obwohl die Präzisionslandwirtschaft den Erzeugern viele Vorteile bietet, gibt es Hindernisse bei der Umsetzung dieser Technologie. Herausforderungen wie digitale Kompetenz, begrenztes Internet und vermeintlich mangelnde Relevanz oder ein schlechtes Preis-Leistungs-Verhältnis.  Erzeuger berichten, dass sie sich überfordert fühlen, weil es eine Vielzahl von Daten und konkurrierenden Produkten gibt.

Wie passt COALA dazu?

Im Rahmen des COALA-Projekts wird daran gearbeitet, die Nutzung der Copernicus-Satelliten durch australische Landwirte zu verbessern, damit diese die zuvor in Europa validierten Copernicus-basierten Produkte und Dienstleistungen nutzen können. Die COALA-Technologien und -Dienstleistungen sollen den Erzeugern dabei helfen, nachhaltigere Mengen an Wasser und Nährstoffen (z. B. Stickstoff) in australischen Bewässerungs- und Regenfeldbau-Systemen einzusetzen. Unsere Daten werden in Australien erprobt, um sicherzustellen, dass der Transfer aus Europa auf den australischen Kontext anwendbar ist. Wir weisen ständig nach, dass diese Erdbeobachtungsdaten zuverlässig sind, denn wir wollen einen Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft der australischen Landwirtschaft leisten.

Die COALA-Partner haben an der Entwicklung von Produkten und Diensten gearbeitet, die das Vertrauen in Erdbeobachtungsprodukte stärken, die in Abstimmung mit den australischen Landwirten entwickelt wurden. Unsere Partner an der Universität von Melbourne führen Flug- und Feldkampagnen durch, um unsere Daten zu validieren. Ihre flugzeuggestützte Kampagne ist mit Multispektral- und Wärmebildkameras ausgestattet. Diese Daten werden wiederum zur Verbesserung der zentralen COALA-Algorithmen verwendet. Der Kalibrierungs- und Validierungsprozess ermöglicht es uns, umfassende Informationen über das Wachstum von Teilflächen, Nährstoff- und Wasserstressbedingungen sowie über den räumlich detaillierten Wasserverbrauch der Pflanzen und die Wolkenberechnung zu liefern.