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Visionen zur Entwicklung der Landwirtschaft

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Prof. Dr. Jens Karl Wegener - Mit Spot Farming zur nachhaltigen
Intensivierung in der Pflanzenproduktion

Veröffentlicht in: Umweltschutz
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Visionen zur Entwicklung der Landwirtschaft

  1. 1. www.julius-kuehn.de Mit Spot Farming zur nachhaltigen Intensivierung in der Pflanzenproduktion Jens Karl Wegener, Dieter von Hörsten, Lisa-Marie Urso, Till-Fabian Minßen und Cord- Christian Gaus Landwirtschaft gestaltet Zukunft (mit)!, 1. Juni 2018, Börse Messe Dresden Institut für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz, Messeweg 11/12, 38104 Braunschweig
  2. 2. www.julius-kuehn.de Projekt ALPS Mit autonomen Landmaschinen zu neuen Pflanzenbausystemen 11.09.2013 2 Pflanze Ökonomie Technik Projektdauer: 01.03.2015 – 31.10.2017, gefördert durch BMEL und BÖLN Ableitung von Szenarien zur Zukunft der Landwirtschaft sowie deren Bewertung mit dem Ziel des Aufzeigens zukünftiger Handlungsfelder: - Großtechnikszenario - Kleintechnikszenario
  3. 3. www.julius-kuehn.de Die Landwirtschaft steht vor gewaltigen Herausforderungen: • Bevölkerungswachstum • Flächendegradation • Klimawandel • Ressourcenverknappung • … Dafür müssen gesellschaftlich akzeptierte Lösungen gefunden werden, was immer schwieriger wird. 3 Herausforderungen in der Landwirtschaft
  4. 4. www.julius-kuehn.de In der öffentlichen Wahrnehmung … • verpestet die Landwirtschaft unser Trinkwasser (Nitratproblematik) • vergiftet unsere Nahrungsmittel (Pflanzenschutzmittelrückstände) • quält die Nutztiere (Initiative Tierwohl) • ruiniert unsere Gesundheit (grüne Gentechnik) • verwüstet unsere Landschaft (Maiswüsten, Monokulturen, Strukturwandel) • macht uns Angst im Straßenverkehr (immer größere und schnellere Maschinen, stetig wachsende Transportkapazitäten) • verteuert durch ihre Teilhabe den Strom (Biogas, Windkraft und Solarenergie) • liegt der Gesellschaft auf der Tasche (Subventionen) • und leistet am Ende auch noch einen wesentlichen Beitrag zum Klimawandel, unter dem sie selber mit am meisten leidet. 4 Probleme der Landwirtschaft Ein „weiter so“ ist keine Zukunftsstrategie!
  5. 5. www.julius-kuehn.de Was wollen wir erreichen? 5 Ziel: Nachhaltige Intensivierung = mehr Output mit weniger Ressourcenverbrauch Frage: Wie können wir das erreichen? Wolters et al. (2014) Ziel: Verbesserung der Ökosystemdienstleistungen: - Mehr Biodiversität - Vernetzung von Biotopen - Freizeitgestaltung in „freier Natur“ -…
  6. 6. www.julius-kuehn.de Perspektivenwechsel notwendig? 6 Um die Erträge zu erhöhen, sollten die Grundansprüche der Einzelpflanze in den Mittelpunkt gestellt werden,… …der Kulturpflanzenbestand zum Standort passen… … und funktionale Elemente die Kulturpflanzen schützen!
  7. 7. www.julius-kuehn.de Anforderungen an ein neues Pflanzenbausystem 7 Auf Einzelpflanzenebene: - Ausreichende Bodengüte, -beschaffenheit und –fauna - Licht - Platz (ober- und unterirdisch) - Wenig Konkurrenz - Termingerechte Wasser- und Nährstoffversorgung - Gesunde Fruchtfolgen - Im Bedarfsfall Pflanzenschutz
  8. 8. www.julius-kuehn.de Anforderungen an ein neues Pflanzenbausystem 8 Auf Schlagebene: - Generelle Reduzierung des Einsatzes von Agrarchemikalien - Vermeidung der Verbreitung von Agrarchemikalien auf Nicht-Zielflächen - Verstärkter Bodenschutz durch Vermeidung von (Mehrfach-) Überfahrten, insbesondere bei hohen Radlasten - Stärkere Berücksichtigung von Witterungseinflüssen (Wind, Regen, Sonneneinstrahlung) und zeitlich abhängigen Naturereignissen (z.B. Bienenflug)
  9. 9. www.julius-kuehn.de Anforderungen an ein neues Pflanzenbausystem 9 Auf Landschaftsebene: - Entwicklung von Strukturen, die auf die natürlichen geografischen und klimatischen Bedingungen abgestimmt sind und der Wind- und Bodenerosion sowie der Stoffverlagerung unter sich wandelnden klimatischen Bedingungen Einhalt gebieten. - Schaffung von Refugien und Pufferzonen, die zu einer Vernetzung von Biotopen sowie der Stärkung der Biodiversität und der Ökosystemdienstleistungen in der Agrarlandschaft führen. - Positive Beeinflussung des Landschaftsbildes (durch kleinere Strukturen!?) Ein optimales Pflanzenbausystem bringt alle genannten Anforderungen auf Pflanzen-, Schlag- und Landschaftsebene in Einklang.
  10. 10. www.julius-kuehn.de Wie können wir es erreichen? 10 Um die Erträge zu erhöhen und gleichzeitig gesellschaftliche Akzeptanz zurück zu gewinnen, sind vier Punkte von Bedeutung: 1. Verbesserte Zuordnung von Kulturpflanzen zu Standorten • Bsp. Kartoffel/Gemüsebau => Frucht sucht sich den geeigneten Standort 2. Optimierte räumliche und zeitliche Nutzung natürlicher Ressourcen • Vegetationslänge (z.B. Zuckerrüben) • Sortenkombination: Höhe, Bestandesdichte, Blattstellung, Phänologie… • Kombination unterschiedlicher Kulturpflanzen 3. Effizienterer Gebrauch von Agrochemikalien • Teilflächenspezifische oder gar Einzelpflanzenbehandlung • Pflanzenschutz und Düngergaben nur nach tatsächlichem Bedarf 4. Stärkung funktionaler Strukturen auf Landschaftsebene • Gräben, Hecken, Blühelemente
  11. 11. www.julius-kuehn.de Spot Farming: Ein möglicher Lösungsweg? 11 - Landwirtschaftliche Flächen sind selten homogen (Bodenart, Erträge, Wasser- versorgung, Höhenprofil, Erosionspotenzial, geografische Ausrichtung etc.) - Berücksichtigung von kleinräumigen Unterschieden durch Informationsüberlagerung - Definition von „Spots“ mit weitgehend homogenen Eigenschaften die eigenständig bewirtschaftet werden
  12. 12. www.julius-kuehn.de Standraumoptimierung 12 - Maximaler Standraum und Licht für die Einzelpflanze durch Gleichstandsaat - Reduzierung notwendiger Saatgut- und Beizmengen - Phytosanitäre Vorteile durch dünnere Bestände - Einsparung von Pflanzenschutzmitteln - Bearbeitung in unterschiedliche Richtungen möglich Erfordert georeferenzierte Saattechnik mit sehr hoher Ablagegenauigkeit, auch in der Tiefe.
  13. 13. www.julius-kuehn.de Düngung & Pflanzenschutz 13 - Ziel: Einzelpflanzenbehandlung - Bedarfsgesteuert über den gesamten Vegetationsverlauf (je nach Kulturart und deren spezifischen Ansprüche) - Frühzeitiges Erkennen von Pflanzenkrankheiten und Schädlingsbefall (z.B. Monitoring durch Zeigerpflanzen) - Gezielte Platzierung, so dass der Dünger möglichst vollständig von den Pflanzen aufgenommen werden kann (Vermeidung von Grundwasser- und Oberflächenabfluss) Erfordert hochaufgelöste Informationen sowie Technik zur präzisen Ablage von Düngern auf und in den Boden bzw. zur kleinräumigen Applikation von Pflanzenschutzmitteln.
  14. 14. www.julius-kuehn.de Pflanzenzüchtung 14 - Heute: Genetische Ressourcen werden in Toleranz- und Resistenzeigenschaften investiert => i.d.R. Etragsverluste - Wenn ein neues Pflanzenbausystem die natürlichen Abwehrmechanismen der Pflanzen stärkt und den phytosanitären Druck reduziert, dann können mehr genetische Ressourcen in der Züchtung zugunsten des Ertrags verlagert werden. - Andere Anforderungen an die Kulturpflanze im Spot Farming, die von heutigen Sorten nicht erfüllt werden => Neue Züchtungsziele
  15. 15. www.julius-kuehn.de Wie können solche Systeme bewirtschaftet werden? 15 - Die dargestellten Ansätze – von der Pflanze her gedacht – werden mit heutiger Verfahrenstechnik nicht zu bewirtschaften sein. - Kleine, autonome Maschinen, die in Schwärmen arbeiten, verschiedene Prozesse verrichten und sich eigenständig koordinieren, könnten die Verfahrenstechnik der Zukunft darstellen. - Mangelnde Schlagkraft wird durch nahezu permanenter Einsatzbereitschaft, größeren Bearbeitungsfenstern und kleinräumig optimierter Wirtschaftsweise kompensiert. - Aufgaben, die heute durch Großtechnik erledigt werden (z.B. Ernte), können durch Verfahrensauflösung auch durch Kleinmaschinen erledigt werden.
  16. 16. Eine Verfahrenskette mit kleinen, autonomen Maschinen? 16 Bearbeitung auf 20 cm Tiefe Zentimetergenau Ablage von 200 Körnern/m² Versorgung einzelner Pflanzen mit 70 mg Dünger/Tag Applikation von einem Tropfen pro Pflanze Verarbeitung und Transport von ca. 20 t Pflanzen je Hektar
  17. 17. Was sind die großen Herausforderungen? - Optimales Maschinenkonzept und Modularität - Betrieb in der landwirtschaftlichen Praxis - Autonomie des Arbeitsprozesses - Sicherheit autonomer Maschinen - Energieversorgung und Netzinfrastruktur Eine Verfahrenskette mit kleinen, autonomen Maschinen! 17
  18. 18. Wettbewerbsfähigkeit autonomer Kleintechnik – Szenario 150 ha Weizen 18 Anzahl benötigter Roboter ist abhängig von Flächenleistung und Feldarbeitstagen: Bodenbearb. und Aussaat Ernte und Logistik Düngung Pflanzen- schutz Unkraut- bekämpfung Roboter pro 150 ha 1 Ernte: 1 Logistik: 1 30 - 50 3 - 15 64
  19. 19. Wettbewerbsfähigkeit autonomer Kleintechnik – Preisschätzung 19 Preise der Roboter sind abhängig von den Maschinenkonzepten: Bodenbearb. und Aussaat Ernte und Logistik Düngung Pflanzen- schutz Unkraut- bekämpfung Roboter Preise in € 23.000 Ernte: 17.200 Logistik: 12.000 1.000 1.200 900
  20. 20. Wettbewerbsfähigkeit autonomer Kleintechnik – Arbeitserledigungskosten 20 Arbeitserledigungskosten ergeben sich aus Anzahl und Preise der Roboter: Bodenbearb. und Aussaat Ernte und Logistik Düngung Pflanzen- schutz Unkraut- bekämpfung Szenario (€) 26 52 20 - 34 3 - 15 .40 Heute (€) 28 ; 36 107 25 7 55 (KTBL 2017) Grobe Schätzung, Machbarkeit gilt es in der Praxis zu überprüfen. Getreide stellt besondere Herausforderungen!
  21. 21. 21 - Eine nachhaltige Intensivierung unter Berücksichtigung gesellschaftlicher Aspekte ist grundsätzlich möglich. - Dazu bedarf es autonomer Kleinmaschinen, deren Kosten grundsätzlich mit den Größenordnungen heutiger Verfahren vergleichbar sein können. - Mit autonomen Maschinen können grundsätzlich alle landwirtschaftlichen Prozesse durchgeführt werden. - Solche autonomen Kleinmaschinen werden derzeit in vielen Firmen und Forschungsprojekten entwickelt. - Autonome Maschinen bieten diverse Vorteile - Arbeitskraft kann anders verwerten werden - Weniger Risiko bei Maschinenausfall - Benötigen keine Fahrgassen - Ermöglichen neue Bewirtschaftungsmethoden - Tragen zur nachhaltigen Intensivierung bei Fazit
  22. 22. www.julius-kuehn.de Institut für Anwendungstechnik im Pflanzenschutz Messeweg 11/12, 38104 Braunschweig www.julius-kuehn.de at@julius-kuehn.de 22 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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