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Die digitale Landwirtschaft der Zukunft

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Im Jahr 2050 wird es mehr als neun Milliarden Menschen auf der Erde geben. Sie alle müssen ernährt werden. Dabei leiden die verfügbaren Anbauflächen schon heute unter Klimawandel, Erosion oder Verarmung. Die Digitalisierung und neue Technologien könnten den Agrarsektor revolutionieren, sind sich Forscherinnen und Forscher einig. Gemeinsam haben sie eine Vision entwickelt, die Umwelt- und Klimaschutz mit Ernährungssicherung verbindet: die digitale Landwirtschaft der Zukunft.

Es ist das Jahr 2050. Landwirt Meyer inspiziert seine Felder. Über ihm fliegt eine Drohne und misst die Biomasse auf seinen Äckern. Die Daten verraten ihm, wann der beste Zeitpunkt für die Ernte gekommen ist. Feldroboter jäten das Unkraut zwischen den Rüben, die in einer Senke wachsen. Andere autonome Maschinen düngen den Weizen auf dem kleinen Hang nebenan. Zuvor haben sie mit empfindlichen Sensoren genau bestimmt, an welchem Nährstoff es den Pflanzen fehlt. Der Landwirt ist zufrieden. Alle Pflanzen sehen gesund und kräftig aus. Im Spätsommer wird er eine gute Ernte einfahren.
Auf einem einzigen Feld finden bei Meyer nun bis zu 5 NutzpflanzenPlatz. Er hat auch an den Naturschutz gedacht und eine ökologische Schutzfläche angelegt. Aus Sicht der Drohne wirkt der Acker wie ein bunter Flickenteppich.
Doch hinter diesem scheinbaren Durcheinander verbirgt sich ein ausgeklügeltes System. Jede Pflanze wächst genau dort, wo ihre Bedürfnisse am besten erfüllt werden. An einer Stelle seines Feldes – dort, wo die Nutzpflanzen in den vergangenen
Jahren immer vor sich hin kümmerten, weil der Boden hier sandig und nährstoffarm ist, hat Bauer Meyer einen Blühstreifen mit Wildkräutern angelegt. Zwischen Margariten, Lupinen und Malven summen die Insekten. Den Plan für seinen Pflanzenanbau hat der Landwirt in diesem Jahr mit Hilfe eines digitalen Systems erstellt.

Schutz durch digitales Management

Zurück ins Jahr 2018. Überdüngung, Bodenerosion, Insektensterben oder riesige Monokulturen – dies sind die Probleme der modernen Landwirtschaft. Klimawandel und extreme Wetterereignisse setzen ihr zu. Gleichzeitig wächst die Weltbevölkerung rasant. Die Landwirtschaft muss in den nächsten 40 Jahren so viele Nahrungsmittel produzieren, wie in den letzten 8000 zusammen. Um diese Herausforderung zu meistern, arbeiten Forscherinnen und Forscher von zehn wissenschaftlichen Einrichtungen unter Federführung des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. an einem neuen Konzept, das die Landwirtschaft revolutionieren soll. »Digital Agricultural Knowledge and Information System« (DAKIS) heißt das Projekt, für das beim Bundesministerium für Bildung und Forschung Fördermittel beantragt sind. Im Frühjahr 2019 ist der Start geplant. Herzstück von DAKIS ist die Digitalisierung: Mithilfe von Robotik, Sensorik und Computermodellen soll zukünftig ökonomisch effizienter und gleichzeitig ökologisch nachhaltiger produziert werden.

Das erfordert ein Umdenken. Denn bisher ist vor allem die Produktion möglichst hoher Erträge oberstes Ziel der Landwirtschaft. Die Betriebe holen mit den Maschinen, Pestiziden und Düngemitteln, über die sie heute verfügen, das Maximale aus ihren Äckern heraus. Schließlich entscheidet die Höhe des Ertrags über ihr Einkommen. Dass unter dem ökonomischen Druck jedoch
Böden, Artenvielfalt und Klima leiden, lässt sich heute nicht mehr ignorieren. Soll die Landwirtschaft der Zukunft neun Milliarden Menschen und mehr ernähren, müssen heute die Weichen für eine ressourcenschonende, effiziente und anpassungsfähige Bewirtschaftung gestellt werden.

DAKIS soll das dazu notwendige Wissen bündeln und verfügbar machen. »Es soll eine Entscheidungs- und Unterstützungshilfe für die Betriebe geschaffen werden«, erklärt Prof. Sonoko Bellingrath-Kimura, Koordinatorin des Projekts und Agrarwissenschaftlerin am ZALF. »In Zukunft muss die Landwirtschaft viel mehr Aspekte als heute bedienen«, erklärt die Forscherin. Dabei steht die Branche vor weitreichenden Entscheidungen. »Vielen ist bewusst, dass sie das Land nicht nur bewirtschaften, sondern auch erhalten müssen«, betont die Wissenschaftlerin. Bodenerosion, extreme Unwetter oder Artenschwund nimmt auch die Landwirtschaft als Signale war, auf die es zu reagieren gilt.  »Die Betriebe würden mehr tun, oft fehlt aber das Wissen um die beste Methode, die am Ende auch wirtschaftlich machbar sein muss.«
An genau dieser Stelle kommt DAKIS ins Spiel. »Mit der Digitalisierung ist es möglich, sehr komplexe Probleme zu beschreiben und zu lösen. Wir müssen diese Möglichkeiten jetzt nutzen«, drängt Bellingrath-Kimura. Agrarforschung, Ökonomie, Soziologie, Informatik aber auch Rechtswissenschaft – mehr als 30 Forscherinnen und Forscher arbeiten eng zusammen, um diese Zukunftsvision
gemeinsam umzusetzen. Seit drei Jahren sammeln sie bereits Ideen und feilen an ihrem Forschungsplan.

Daten für die Zukunft

Nun wird es ernst. Zunächst gilt es, Unmengen an Daten zu sammeln. Mithilfe von Satelliten und Drohnen erfassen die Forschungsteams etwa, welche Landschaftsstrukturen Äcker und Weiden umgeben oder welche topografischen Merkmale vorhanden sind. Sensoren auf Traktoren ermitteln, wie die Böden beschaffen sind und wie hoch deren Nährstoffgehalt ist, weitere Geräte messen die Bodenfeuchte. Aus diesen und vielen weiteren Daten erfährt das Team, wie der ökologische Zustand der Flächen ist. Daraus entwickelt es Modelle, die prognostizieren sollen, wie sich Umweltparameter oder Produktivität bei verschiedenen Arten der Bewirtschaftung ändern.

In den kommenden Monaten starten die Forscherinnen und Forscher ihre Untersuchungen in zwei landschaftlich sehr unterschiedlichen Testregionen. Eine liegt im bayerischen Ruhstorf an der Rott, die andere in der brandenburgischen Uckermark. Mithilfe der Landwirtschaft vor Ort kalkuliert das Forschungsteam die ökonomischen Kosten für bestimmte Wirtschaftsweisen, ermittelt in Workshops die Wünsche und Bedürfnisse der Bevölkerung und erfragt, welche Anreize notwendig sind, um ein neues Landwirtschaftskonzept zu etablieren. »Die Landwirtinnen und Landwirte müssen mitgestalten können, sonst haben wir am Ende ein System, das niemand will«, betont Bellingrath-Kimura.

Alle diese Daten fließen schließlich in eine riesige Datenbank: Jeder Betrieb soll diese letztlich nutzen, um wichtige Entscheidungen zu treffen. Zuerst muss dafür das Ziel des Landmanagements definiert werden. Anstelle der Produktion möglichst günstiger Nahrungsmittel könnte es auf einigen genutzten Flächen sinnvoller sein, den Schutz des Klimas oder der Artenvielfalt vorzuziehen. Wenn sich etwa in der Nähe eines Feldes ein Gewässer mit seltenen Pflanzen und Tieren befindet, könnte zu seinem Schutz weniger gedüngt werden. Vielleicht sinken dadurch die Erträge, doch Flußperlmuschel oder Bachforelle können nur in sauberen, klaren Gewässern überleben.

Der Preis der Vielfalt

»Wieviel würden wir dafür zahlen?« stellt Bellingrath-Kimura die entscheidende Frage. »Wenn die Gesellschaft sagt: ›Wir möchten mehr Bienen‹, dann müssen wir dafür auch etwas bieten«. Auch das ist eine Aufgabe der DAKIS-Forschung: neue Erwerbsmodelle für die Landwirtschaft.

Als »Ökosystemdienstleistungen« bezeichnen Fachleute den Nutzen, den die Menschheit aus ihrer Umwelt zieht – wenn diese intakt ist. Durch den Boden gefiltertes, sauberes Trinkwasser gehört ebenso dazu wie die Bestäubung von Obstbäumen und Gemüsepflanzen oder der Schutzfunktion vor Überflutungen. Ohne diese Leistungen wäre menschliches Leben auf der Erde nicht möglich. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bezifferten ihren Wert in einer Arbeit aus dem Jahr 1997 auf 33 Trillionen US-Dollar pro Jahr – eine 14-stellige Zahl.

Bei ihrer Vision der Landwirtschaft der Zukunft geht es dem Forschungsteam auch um die Frage, wie die vorhandenen Flächen noch effizienter genutzt werden können. »Es geht nicht darum, aus ganzen Feldern Blumenbeete zu machen«, schmunzelt Bellingrath-Kimura. In Japan aufgewachsen, kennt die Wissenschaftlerin auch eine andere Form der Landwirtschaft, bei der kleinere Flächen intensiver bewirtschaftet werden. Nachhaltige Intensivierung ist das Stichwort für die Zukunft. Kleine autonome Landmaschinen, die bedarfsgerecht düngen, bewässern oder jäten gehören genauso dazu wie angepasste Sorten und
neue Fruchtfolgen.

Landwirtschaft mit App und Robotern

Bevor die Vision einer neuen Landwirtschaft klare Formen annehmen kann, gibt es für die Wissenschaft noch viel zu tun. Eines ist aber klar: Landwirt Meyer wird in 30 Jahren anders wirtschaften, als es sein Vater heute tut. Er plant seinen
Anbau wahrscheinlich per App, basierend auf Sensorik, die seine Felder haarklein vermisst und Analysen, die das beste Anbaukonzept nach Marktpreisen, Klimabedingungen und Schutzaspekten mathematisch ermitteln. Durch das gesamte Jahr begleitet ihn die App mit Vorschlägen und Entscheidungshilfen, um den Anbau zu optimieren – denn schließlich greift sie auch auf Echtzeitmessungen zurück, die kontinuierlich ins System eingespeist werden. In der Welt von Bauer Meyer spielen die Konzepte des ökologischen und konventionellen Anbaus keine Rolle mehr. Denn für ihn und seine Kollegen ist
es selbstverständlich, so zu wirtschaften, dass die ökologischen Leistungen auf seinen Feldern und in der Umgebung erhalten bleiben. Und für seine Kundschaft ist es ebenso selbstverständlich, ihn dafür zu honorieren.

Infomaterial und weiterführende Informationen:

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© Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. Müncheberg