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3 Agrarstruktur

3.6 Digitalisierung in der Landwirtschaft

Trends der Digitalisierung
Die rasante Entwicklung der Sensortechnik und der Datenverarbeitung in Verbindung mit dem Internet ist Treiber einer weltweiten Entwicklung, Produkte mit intelligentem Zusatznutzen (smart products) auszustatten. In dieser „4.0-Welt“ kommunizieren Maschinen, Dienstleister, Produkte und Abnehmer zeitgleich und verlässlich über alle Stufen der Wertschöpfung hinweg, von der Planung über die Herstellung bis hin zum Service. Standen bislang Produkte und Unternehmen im Mittelpunkt vieler erfolgreicher Geschäftsmodelle, rückt in der digitalen Welt der Nutzer personalisierter Produkte und Dienstleistungen in den Mittelpunkt (smart services). Die Nutzer stellen sich auf offenen Internet-Plattformen individuelle Dienstleistungspakete zu jeder Zeit und von jedem Ort aus zusammen. Daten werden dabei zum „Produkt“ und haben einen Eigenwert. Die Frage, wer über die Daten verfügt, wird zum Wettbewerbsfaktor. Der Begriff „Internet der Dinge“ ist Ausdruck für die wachsende Zahl intelligenter, vernetzter Produkte, bei denen das Preis-Leistungsverhältnis immer günstiger wird.

Digitalisierungsfortschritte auch in Feld und Stall
Auch in der Landwirtschaft greift der digitale Fortschritt. Melkroboter haben in der Milchviehhaltung bereits breiten Einzug gehalten. In der Pflanzenproduktion gewinnen zentrale Elemente einer Präzisionslandwirtschaft rasch an Bedeutung. Damit verbunden sind enorm steigende Anforderungen an das einzelbetriebliche Datenmanagement. Das über Datenerfassung und -verarbeitung generierte „neue“ Wissen dient der Steuerung, Kontrolle, Optimierung und Automatisierung der Produktionsprozesse und dem Landwirt als unmittelbare Entscheidungsgrundlage. Es führt zu weiterer Effizienzsteigerung und trägt dazu bei, die Umwelt stärker zu schonen und das Tierwohl zu fördern.

Jeder 5. landwirtschaftliche Betrieb mit „Landwirtschaft 4.0“
Die Digitalisierungsfortschritte sind in der Landwirtschaft längst angekommen – eben „Landwirtschaft 4.0“: Produktionsprozesse steuern sich selbst, Maschinen kommunizieren mit Maschinen (M2M), Fahrzeuge steuern autonom, die Produktion wird mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik verzahnt, Computerprogramme treffen Entscheidungen. Fast jeder fünfte Landwirtschaftsbetrieb nutzt bereits Industrie 4.0-Anwendungen. In Betrieben über 100 Hektar ist es sogar jeder dritte Betrieb. Dies sind die Ergebnisse einer repräsentativen Umfrage im Auftrag des Digitalverbands Bitkom aus Juni 2015. Sensortechnik, Elektronik und Software machen bei Landmaschinen nach Angaben des Vereins Deutscher Ingenieure heute rund 30 Prozent der Wertschöpfung aus. Zum Vergleich: In der Autobranche liegt diese Quote erst bei 10 Prozent.

Mehr Daten – mehr Vernetzung – mehr Leistung
Das „Internet der Dinge“ wird bisher etablierte Wertschöpfungsketten verändern. Der Trend geht weg von einzelnen Produkten hin zu Systemen, die aus eng miteinander verknüpften Produkten bestehen, und weiter zu „Systemen von Systemen“, die mehrere Produkte und Dienstleistungen zusammenbringen. Ein Landmaschinenhersteller zum Beispiel findet sich zunehmend in einer erweiterten Branche wieder, die „alles Mögliche“ rund um die landwirtschaftliche Automatisierung umfasst. Weltweit wächst der Markt für Präzisionslandwirtschaft nach einer Studie von Roland Berger aus 2015 jährlich um 12 Prozent.

Durchbruch für eine flächendeckende Präzisionslandwirtschaft?
Präzisionslandwirtschaft oder Precision Farming steht bereits seit etwa 30 Jahren für eine moderne High Tech-Landwirtschaft. Mit der Vernetzung und dem Datenmanagement der im landwirtschaftlichen Betrieb befindlichen IT-Systeme (Smart Farming) befassen sich nicht nur große Landtechnikhersteller wie Claas mit 385FarmNet, John Deere oder Landtechnikverbünde wie DKE oder die BayWa mit PC Agrar, sondern auch weltweit agierende Dienstleister wie SAP/F4F, Bertelsmann (Arvato) und Google. Ihr Ziel ist die Verbindung der IT-Anwendungen auf den verschiedenen Stufen der landwirtschaftlichen Wertschöpfungskette: Von der Automationstechnologie über Sensoren für das Geo-Mapping bis hin zur Big-Data-Analyse, um Klima- und Bodendaten besser bewerten zu können, reicht das Spektrum.

Vor allem eine Frage des Wettbewerbs und der Organisation
Experten schreiben der Digitalisierung der europäischen Landwirtschaft hohen Einfluss auf ihre internationale Wettbewerbs- und Leistungsfähigkeit zu. Dabei ist die digitale und mit relativ hohem Kapitaleinsatz verbundene High Tech-Landwirtschaft nicht nur etwas für größere Betriebe. Über Maschinenringe und Lohnunternehmen sind grundsätzlich alle Betriebe in der Lage, den Nutzen aus der neuen Technikentwicklung zu ziehen. Maschinenhersteller, Hersteller und Lieferanten von Betriebsmitteln und andere Partner der Landwirte verfolgen das Ziel, über zusätzliche Dienstleistungen Kundenbindung zu betreiben.

Kostengünstig und umweltschonend produzieren
Es sind vor allem Sensoren, die immer häufiger den grünen Daumen ablösen und zu einer effizienten und ressourcenschonenden Landwirtschaft beitragen. So erfassen Stickstoffsensoren über Lichtwellen die Blattfärbung und geben eine Düngeempfehlung. Das geschieht in Echtzeit: Was vorn am Traktor gemessen wird, empfängt der Computer in der Fahrerkabine. Der Bordcomputer teilt dann sofort dem angehängten Düngerstreuer mit, ob er die auszubringende Menge erhöhen oder reduzieren soll. Liegen entsprechende Bodenkarten zugrunde, berücksichtigt die Technologie zusätzlich die Bodenqualität. Leichte Böden zum Beispiel erhalten geringere Düngegaben. Gleichzeitig werden die ausgebrachten Mengen geo-referenziert dokumentiert. So wird Dünger eingespart und werden die Erträge erhöht. Eine Echtzeit-Analyse der Gülleinhaltsstoffe, zum Beispiel über Nahinfrarot(NIR)-Sensoren, ermöglicht es, die Ausbringmenge an Nährstoffen gleichmäßiger auf die Fläche zu verteilen bzw. bedarfsspezifisch auszubringen.

Hohe Genauigkeit durch Satellitensteuerung
Die Satellitensteuerung ist in der Landwirtschaft bereits weit vorangeschritten. Ein Traktor mit GPS-Empfänger und Korrektursignal kann bis zu 2 Zentimeter genau gesteuert werden. Nährstoffe lassen sich präzise und ohne Überlappung auf oder in den Boden bringen. Entsprechendes gilt für die Anwendung von Pflanzenschutzmaßnahmen. Mit dem Einsatz dieser Technik können Betriebsmittel eingespart und so Umwelt und Finanzen geschont werden. Vielfältige Einsatzmöglichkeiten bietet die GPS-Technik auch beim Transport landwirtschaftlicher Güter. Etwa die Hälfte der heute produzierten Mittelklassetraktoren ist mit einem GPS-Empfänger ausgestattet.

In Zukunft fahrerlose Systeme auf dem Feld?
Künftig könnten Agrarroboter den herkömmlichen Traktor oder Mähdrescher ablösen oder ergänzen. Bosch arbeitet an einem Agrarroboter mit Autopilot und Analysefunktionen, um in einem ersten Schritt mit Sensor- und Kameratechnik Unkraut ohne Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu beseitigen, und zwar durch Eindruck mit kleinen Bolzen in die Erde. Noch ist das Gerät im Erprobungsstadium, 2018 könnte die kommerzielle Markteinführung erfolgen.

Bodenschonender Reifeneinsatz
Hoher Reifendruck auf der Straße mindert den Rollwiderstand und den Dieselverbrauch. Niedriger Reifendruck im Acker und auf der Wiese schont den Boden, vermindert den Schlupf und verbessert die Zugleistung. Elektronische Reifendruck-Regelanlagen in Verbindung mit Luftspeichern machen ein Ablassen der Luft auf dem Feld ebenso schnell möglich wie das Wiederauffüllen der Reifen beim Verlassen des Feldes.

Agrarspezifische Wetterdaten mit hohem Informationswert
Mit agrarspezifischen Wetterdaten kann der Umgang mit Boden, Wasser und Luft weiter verbessert werden. Dazu tragen weiterentwickelte Prognosemodelle ebenso bei wie ein ausgeklügeltes engmaschiges Netz an Wetterstationen und phänologischen Beobachtungen. Die agrarspezifischen Dienstleistungsangebote des Deutschen Wetterdienstes und seiner Partner haben dank zunehmender technischer Möglichkeiten der Wettererkundung erheblich an Aussagekraft und Informationswert gewonnen.

Einsatz von Drohnen mit großem Potenzial
Funkgesteuerte Multicopter (Drohnen) für zivile Zwecke sind dabei, Eingang in die landwirtschaftliche Praxis zu finden. Einsatzfelder mit enormen Datenmengen sind die  Wildrettung (Rehkitzidentifikation) mit Infraroterkennung, Boden-, Dünger- und Pflanzenschutz-Monitoring und auch Pflanzenschutzanwendung (z.B. Trichogramma-Abwurf gegen Maiszünsler). Eine wesentliche Voraussetzung dazu ist, dass die rechtlichen Zulassungsbedingungen derartige Einsätze in ihrer Vielfalt in Zukunft sicherstellen.

 

 
 
 
Informationskreisläufe werden geschlossen
Inselartige Anwendungen werden künftig durch vernetzte Systeme ersetzt. Ein Beispiel hierfür ist das Projekt „Pflanzenschutz-Anwendungs-Manager“ (PAM) von ZEPP, BASF, ISIP, John Deere, JKI und KTBL. Dort werden auf dem Betrieb erhobene Daten mit Daten aus der Beratung und von Pflanzenschutzmittelherstellern verknüpft. Das dient der Entscheidungsunterstützung des Landwirts. PAM befindet sich kurz vor der Praxisreife und wurde bereits in verschiedene Managementsysteme integriert.
Automatisierung in der Tierhaltung nimmt zu
Auch in der Tierhaltung macht die Digitalisierung der Produktionsprozesse große Fortschritte. Im Stall sind autonome Komponenten, aber auch komplett automatisierte Systeme schon weit verbreitet. Dazu gehören Melkroboter, Spaltenreiniger oder Fütterungsautomaten. Das Melken über Automatische Melksysteme (AMS) hat dabei eine rasante Entwicklung erfahren. 2015 dürften in schätzungsweise 3.500 Milchviehbetrieben in Deutschland    Melkroboter im Einsatz gewesen sein. AMS gehören seit Jahren zum Stand der Technik, bei einem Neukauf entscheidet sich mittlerweile mehr als jeder zweite Milchviehhalter für ein AMS. Immer mehr Arbeiten im Stall werden letztlich auch zum Wohl der Tiere automatisiert. Heute werden auch Roboter zur Vorlage des Grundfutters, zum Reinigen der Laufflächen und zum Umsetzen von Weidezäunen angeboten. Gerade bei der Grundfuttervorlage zeichnet sich eine der AMS vergleichbare Entwicklung ab.

Wirtschaftlichkeit des Melkroboters
Die Wirtschaftlichkeit digitaler Technik wird von dem häufig höherem Investitionsbedarf und den geringeren Kosten für die Arbeit bestimmt. Sie ist aber auch durch höhere Erträge gekennzeichnet. Nach einer Analyse des KTBL führt der Einsatz Automatischer Melksysteme zu einer höheren Milchmenge von durchschnittlich 7 Prozent.

Was die digitale Welt über die Tiere verrät
Sowohl Prozessdaten der technischen Anlagen im Stall (z.B. Melkanlage, Fütterungs- und Lüftungsanlage) als auch tierspezifische Daten (z.B. Bewegung, Fress- und Tieraktivität, Vokalisation) können mittlerweile mit einer Vielzahl von Sensoren erfasst werden. Das Tier selbst rückt bei verschiedenen Gesundheits- und Verhaltensmonitoring-Ansätzen in den Vordergrund. Mit Sensoren werden immer detailliertere und genauere Informationen über die Tiere geliefert. Die sensorgestützte Überwachung der Sau in der Abferkelbucht ermöglicht die Früherkennung von Geburten oder von problematischen Situationen für Ferkel und Sau. Das Tier selbst als Signalgeber (Trink und Fressverhalten, Vokalisation) rückt zunehmend auch bei Monitoring-Ansätzen für die Ferkelaufzucht und Mast in den Vordergrund.

Tierwohl wird weiter verbessert
Die aktuellen Herausforderungen im Precision Livestock Farming liegen weniger in der reinen technischen Entwicklung von Sensorik, sondern eher in der Aufbereitung und Nutzbarkeit der anfallenden Massendaten. Intelligente Dateninfrastrukturen sowie aussagekräftige Auswertungsalgorithmen sind in der Entwicklung zu Wissenssystemen, die das Tierwohl weiter verbessern. Mit permanent erfassten und ausgewerteten Gesundheitsparametern wird der Tierhalter in die Lage versetzt, im Bedarfsfall per Handy informiert zu werden, um darauf sofort reagieren zu können. Damit bekommt „das Auge des Herrn“ eine noch größere Bedeutung zu. Die Qualifikationsanforderungen an den Landwirt steigen weiter.

Datenhoheit und Datensicherheit erfordert Rechtssicherheit
Mit der Digitalisierung geht die Frage der Datenhoheit und Datensicherheit einher. Wem gehören die Daten, wer darf sie nutzen? Forderungen nach Rechtssicherheit stehen technische, wirtschaftliche und organisatorische Umsetzungs- und Nutzenfragen gegenüber. Aus Sicht der Landwirte sind Hersteller oder Dienstleister gefordert, die anfallenden betriebsbezogenen Daten in nutzbarer Form herauszugeben. Für eigene Zwecke darf ein Hersteller oder Dienstleister die Daten nur mit Einwilligung des Landwirts verwenden.

Verknüpfungen mit der klassischen „Buchführung“
Die beim Smart Farming in den neuen Datenmanagementsystemen anfallenden Daten können zum Teil auch für die Buchführung genutzt werden, ebenso wie umgekehrt zum Beispiel Inventardaten aus der Buchführung für betriebswirtschaftliche Auswertungen in Datenmanagementsystemen.
Voraussetzungen für diesen Zusatznutzen des Landwirts ist, nur er hat die Zugriffsrechte auf seine Daten. Die Datenintegration mit der Buchführung wird durch die seit Ende 2014 in Kraft getretenen BMF-„Grundsätze zur ordnungsmäßigen Führung und Aufbewahrung von Büchern, Aufzeichnungen und Unterlagen in elektronischer Form sowie zum Datenzugriff“ (GoBD) befördert.

Potenzial zur Versachlichung der Agrar- und Umweltpolitik
Mit der Digitalisierung kann zum Beispiel noch besser und nachvollziehbar aufgezeigt werden, dass Dünge- und Pflanzenschutzmittel im höchsten Maße bedarfs- und pflanzengerecht ausgebracht werden und dem Tierwohl präzise, situationsbezogen und tierindividuell Rechnung getragen wird. Ordnungsrechtliche Vorgaben könnten möglicherweise erheblich reduziert und überbordende Nachweis- und Dokumentationspflichten überflüssig gemacht werden. Auch für die Qualitätssicherung wird „Big Data“ entlang der Wertschöpfungskette wichtiger werden. Kehrseite dieser Entwicklung sind berechtigte Sorgen vor dem „gläsernen Landwirt“. Diese gilt es rechtzeitig einzugrenzen.


Ohne flächendeckendes schnelles Internet keine Landwirtschaft 4.0
Der Datenaustausch mit der Buchstelle, die Einstellung des Fütterungscomputers oder die Steuerung der Biogasanlage – das Internet ist die Grundlage dazu. High Tech im Feld oder Stall setzt häufig ausreichend schnelles Internet voraus. Gerade in vielen ländlichen Gebieten ist die Internetversorgung immer noch unzureichend. Der Breitbandatlas des Bundes zeigt gerade auf dem Land noch viele „weiße Flecken“. Einstweilen nutzen Bauern offlinefähige Apps. Die speichern lokal und senden die Daten in die Cloud, sobald eine Verbindung zustande kommt – spätestens abends zu Hause auf dem Hof. 
 

 
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