Satellitentechnik und Sensoren im Ökolandbau

In Hohenheim wird GPS-kompatible Applikatitionstechnik entwickelt. So zum Beispiel eine Dreikammerspritze, die Herbizide auf der Grundlage digitaler Unkrautverteilungskarten spritzt. Foto: Prof. Dr. Roland Gerhards, Uni Hohenheim

Die Verfahren der Präzisionslandwirtschaft, wie der GPS-gestützte Ackerbau, sind primär für die konventionelle Landwirtschaft entwickelt worden. Anwendungen zum Management der Kulturpflanzenbestände oder im Maschineneinsatz für Verfahren im Ökolandbau sind aber nicht minder sinnvoll. Welche potenziellen Einsatzbereiche und vor allem welchen Bedarf an Präzisionslandwirtschaft es im ökologischen Landbau gibt, wurde in der vergangenen Woche auf einer Tagung in Bonn erörtert.

Wissenschaftler, Fachberater und Vertreter aus Industrie und landwirtschaftlicher Praxis waren nach Bonn gekommen, um die Facetten des Themas zu diskutieren. Eingebettet war der Workshop in den Lehr- und Forschungsschwerpunkt „Umweltverträgliche und Standortgerechte Landwirtschaft“ an der Universität Bonn, in dessen Namen Prof. Dr. Ulrich Köpke, Institut für Organischen Landbau, die Gäste willkommen hieß.

„Bislang waren wir im Ökolandbau stets der Meinung, Precision Farming hat nichts mit uns zu tun. Doch das ist nicht so!“, stellte Köpke klar und nannte einige Beispiele, die zeigen, dass satellitengesteuerte Präzisionslandtechnik durchaus auch im Ökolandbau zielführend ist. „Automatische Navigationssysteme, Parallelspursysteme und Steuerassistenten verhindern zum Beispiel, dass die Hacke daneben hackt. Bei der Schwadablage auf dem Grünland werden Überlappungen vermieden, was Treibstoffverbrauch und Arbeitskräfte einspart. Bei der Direktsaat werden keine Spuren hinterlassen, die Wendezeit ist möglichst gering.

Beim Düngen kann im Anschlussverfahren gefahren und mit einer Sensor-gestützten Ausbringung können Überlappungen vermieden werden. Das ist nicht nur gut für den Ertrag, sondern auch für eine schützenswerte Segetalflora, die keinen Stickstoff verträgt“, nannte der Professor einige Argumente für den Einsatz der High Tech auf dem Acker. Via Bilderkennung könnten ebendiese schützenswerten Pflanzengesellschaften aufgenommen und kartiert werden. „Eine mit dem Konzept der Präzisionslandwirtschaft angestrebte Optimierung der Betriebsabläufe betreffend Ressourcenschonung, Umweltentlastung und Umweltleistungen ist auch für den Ökolandbau immens wichtig“, gab Prof. Dr. Köpke die Vorlage für die nächsten Referenten.

Unkrautbekämpfung auf Teilschlägen

Hackstriegel, bei dem die Intensität der Bearbeitung sensorgesteuert ist, Foto: Prof. Dr. Roland Gerhards, Uni Hohenheim

Um die Technik zur Unkrauterkennung und -bekämpfung ging es Prof. Dr. Roland Gerhards von der Universität Hohenheim. „Man muss zwischen den Unkrautarten unterscheiden, um sie selektiv beseitigen zu können. So erproben wir seit langem die teilschlagspezifische Bekämpfung der Unkräuter in Mais. Dazu haben wir die Unkräuter zunächst kartiert und diese Karten dann digitalisiert.“ Um viele verschiedene Unkräuter zu bekämpfen, brauche man verschiedene Herbizide.

„Eine Herbizidmischung, mit der die Spritze über den kompletten Acker fährt, spart nichts ein“, mahnte Gerhards. Erst, wenn man Sensoren zur Unkrauterkennung einsetze und die entsprechend selektiv wirkende Applikationstechnik anwende, tue sich ein gewaltiges Reduktionspotenzial auf. „Das wirkt nachhaltig, da erfahrungsweise keine neuen Nester entstehen!“, bestätigte der Wissenschaftler seine Versuchsergebnisse. Selbst die Erfassung von Artengruppen beziehungsweise die Unterscheidung von Unkräutern und Ungräsern sei mithilfe einer bispektralen Kamera und entsprechender Bildanalysetechnik möglich.

„Eine sinnvolle Verwendung dieser Informationen gibt es aber nur bei der entsprechenden Applikationstechnik!“ Gerhards nannte eine Dreikammer-Spritze eine gelungene Ausbringtechnik für eine teilschlagspezifische Verteilung von Herbiziden beziehungsweise führte die Hohenheimer Multisensorplattform „Sensicle“ an: „Neben optischen Sensoren, wie Bi- und Multispektralkameras, und Spektrometern sollen Sensoren zur Erfassung der lokalen Bedingungen, zum Beispiel Einstrahlung, Temperatur und Bodenfeuchte, eingesetzt werden. Mit Hilfe dieser Multisensorplattform wollen wir pflanzenbaulich relevante Merkmale aus den Sensordaten bewerten und für weitere Analysen und Entscheidungsprozesse bei der Unkrautbekämpfung nutzen“, ging Gerhards ins Detail.

Ebenso haben der Wissenschaftler und seine Kollegen einen Hackstriegel entwickelt, bei dem die Intensität der Bearbeitung an den Bedeckungsgrad des Unkrauts, den Zustand der Kulturpflanze und den Eindringwiderstand der Zinken in den Boden Sensor gesteuert in Echtzeit angepasst wird. „Mehrjährige Feldversuche haben einen deutlich gestiegenen Kornertrag bei intensivem Striegeln ergeben. Die Ertragseffekte sind vergleichbar hoch wie bei chemischer Unkrautbekämpfung!“, betonte Gerhards.

Welche Techniken braucht der Ökolandbau?

Prof. Dr. Dieter Trautz, Hochschule Osnabrück, beschrieb die Anforderungen des Ökologischen Landbaus an Verfahren der Präzisionslandwirtschaft. „Die Technik muss praxiserprobt und anwenderfreundlich à la plug-and-play und außerdem systemspezifisch sein, also Aussaat und Düngung, Beikrautregulierung oder die Ernte betreffen“, fasste Trautz zunächst zusammen. Dabei gebe es schon erprobte Verfahren. „Die Feldrobotik ist seit 2005 etabliert; selbst spezialisierte Roboterschwärme sind im Einsatz. Für die Bodenbearbeitung werden tiefenregulierbare Grubberkombinationen verwendet und die Düngung ist teilflächenspezifisch gesteuert über GPS oder NIR-Sensorik“, so der Referent weiter.

Auch im ökologischen Landbau ist modernste Technik ein Muss, Foto: M. Herbener, Lwk NRW

Eine Vision für 2012 könne die Standorterkennung sein. „Hier wird die Bodensensorik mit der Applikationstechnik kombiniert, was wir „on-the-go-Kartierung“ nennen. Wir gehen von einer noch universelleren Feldrobotik aus, sehen den Striegel noch bodenschonender im Einsatz“, gab Prof. Trautz einen Ausblick. „Interessant und realistisch ist auch die teilflächenspezifische Unterfußdüngung mit einem Doppelkammerstreuer.“

Ein gutes Fallbeispiel für on-the-go-Verfahren sei die pH-online-Messplattform MSP Veris, die nun seit drei Jahren in der Erprobung sei. „Der Sensor Veris MSP stellt eine praxistaugliche Möglichkeit zur intensiven Boden-pH-Wert- und EC-Beprobung dar. Um das allerdings zur flächenspezifischen Kalkdüngung nutzen zu können, muss ein Programm entwickelt werden, mit dem es möglich wird, unter Referenzproben eine Kalkapplikationskarte zu erstellen“, gab Trautz einen weiteren Ausblick.

Dumme Sensoren schlau machen

In intelligenten Sensorsystemen und autonomer Feldrobotik liegen Potenziale für höhere Flächenleistungen und einen effizienten Naturschutz. Das meint Prof. Dr. Arno Ruckelshausen von der Fakultät Ingenieurwissenschaften und Informatik der Hochschule Osnabrück. „Je mehr man weiß, desto sorgsamer kann man mit der Natur umgehen!“, betonte der Referent, der seine Aufgabe darin sieht, grundsätzlich dumme Sensoren mit Informationen zu füttern und somit schlau und nützlich zu machen.

Die Technik sei an dieser Stelle ein Hilfsmittel in der Landwirtschaft. „So ergeben sich aus Sensordaten und dem Wissen, das der Landwirt damit kombiniert, spezielle und auch praktikable Handlungsanweisungen, die sich wiederum am Ende in einem bezifferbaren Einsparpotenzial zum Beispiel an Pflanzenschutzmitteln wiederfänden. „Die Erfahrungen und das Wissen der Anwender, seien das Landwirte oder Pflanzenzüchter, können durch die Technologieunterstützung stärker in die landtechnischen Arbeitsprozesse einfließen. Die orientieren sich aus technologischer Sicht bis hinunter zur einzelnen Pflanze!“, beschrieb Ruckelshausen das Potenzial.

Mechanische Unkrautbekämpfung spielt im ökologischen Gemüsebau eine wichtige Rolle, Foto: M. Herbener, Lwk NRW

Allerdings sei es eine regelrechte Kunst, die komplexen Sensordaten zu fusionieren und unabhängig erhobene Daten in Einklang zu bringen. „Wenn diese aufwändigen Lernprozesse von den Sensoren jedoch durchlaufen sind, könnten diese zum Beispiel, eingebaut in autonome Roboter, einzelne Pflanzen auf dem Acker im Laufe der Vegetationszeit wiederfinden. Das ist für einen Pflanzenzüchter, der die Merkmale einer Pflanze beobachtet und qualitativ bewertet und damit Ideotypen schaffen will, ein toller Fortschritt!“, ermunterte der Informatiker zu noch mehr Fantasie die Sensortechnik betreffend. All das müsse natürlich nicht zwanghaft eingesetzt werden - „wir sollten die Versuchserfahrungen aber immer wieder und weiter evaluieren“, so Ruckelshausen.

Mechanische Unkrautregulation

Prof. Dr. Peter Schulze-Lammers, Universität Bonn, widmete sich der mechanischen Unkrautbekämpfung zwischen und in den Reihen. Darunter wird vor allem der Einsatz von Hackmaschinen verstanden, die die Fläche zwischen den Reihen bearbeiten. „Neuere Entwicklungen gehen dahin, die Flächenleistung von Hackmaschinen durch automatisierte Feinsteuerung und höhere Fahrgeschwindigkeiten zu steigern. So gibt es sowohl optische Systeme als auch Ultraschallsensoren, die zur Reihensteuerung genutzt werden. Daneben erzeugt die Bildverarbeitung von Kamerasystemen optische Leitlinien zur Feinsteuerung von Hackmaschinen“, fasste Schulze-Lammers die gängigen Techniken zusammen.

Das Institut für Landtechnik der Uni Bonn arbeite an einer Rotationshacke, so der Professor weiter. „Die Werkzeuge sind an einem Hackstern mit horizontaler Drehachse angebracht, die Hackmesser durchfahren den Boden zwischen den Kulturpflanzen in der Reihe. Gesteuert wird das System in dieser ersten Entwicklungsstufe über Abstandssensoren. „In Zukunft soll das eine Kamera übernehmen.“

Am Institut für Agrartechnik der Uni Hohenheim wird ein Gerät entwickelt, das zwei Werkzeuge von der Seite in den Zwischenpflanzenbereich einschwenkt. Die Pflanzenerkennung basiert auf einer CCD-Kamera; CCD-Sensoren sind lichtempfindliche elektronische Bauelemente, die auf dem inneren Photoeffekt beruhen. CCD ist hierbei die Abkürzung von Charge-coupled Device. An der Fachhochschule Osnabrück wurde die Querhacke entwickelt mit einem in der Horizontale rotierenden Werkzeugträger. Die Hackfinger sind so gesteuert, dass die Fläche zwischen den Kulturpflanzen in der Reihe bearbeitet wird. „Die Schwierigkeiten in der Anwendbarkeit solcher Systeme im Ökolandbau ist die Heterogenität der Flächen, die hier viel größer ist als im konventionellen Landbau.“

Quelle: LZ Rheinland Ausgabe 4, 26. Januar 2012, Meike Siebel

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Stand: 27.01.2012 11:23