GIS-Seminar WS 2000/2001 Precision Farming Mehr Nachhaltigkeit für die Landwirtschaft mit GIS

1. GIS-Seminar WS 2000/2001 Precision Farming Mehr Nachhaltigkeit für die Landwirtschaft mit GIS Referent: Gernot Seegers

2. Motivation • Definition: • Unter Precision Farming (Präzisionslandwirtschaft) versteht man das • gesamte Management einer Farm einschließlich der Bewirtschaftung • nach Nährstoffbilanzen, befallsorientierten Pflanzenschutz, der • Ermittlung von Teilflächenerträgen, der standortbezogenen Boden- • bearbeitung und Aussaat sowie der Vermarktung der Produkte nach • Qualitätsstandards. • Ein Feld ist nicht homogen, Unterschiede der Teilflächen im Hinblick • auf Bodenqualität und Ernteertrag müssen ermittelt werden.

3. Motivation • Maßnahmen: • - standortbezogene, bodenschonende Bodenbearbeitung, • - standortbezogene Aussaat, • - standortbezogene Düngung, • - befallsorientierter Pflanzenschutz und • - Ertragserfassung von Teilflächen • Ziele: • - Einsparung von Betriebsmitteln, • - Einsparung von Arbeits- und Maschinenzeiten, • - bessere Betriebsführung durch detaillierte Informationen

4. Motivation • weitere Ziele: • - Verbesserung der Qualität der Produkte, • - Produktivitätssteigerung durch höhere Erträge, • - durch Einsparung von Dünger und Herbiziden ist eine umwelt- • schonendere Landwirtschaft möglich, • - Schonung der Ressourcen wie Wasser und Boden, • - Überprüfung der Flächenbeihilfen durch Dokumentation der • Flächennutzung

5. Voraussetzung • Positionsbestimmung mit GPS bzw. DGPS, • Genauigkeit im cm – Bereich ist gefordert und wird heute mit Hilfe • der differentiellen Korrekturtechnik auch erreicht • Referenzstation stellt die benötigten Korrektursignale zur Verfügung • Sensorsysteme zur Erfassung der Erträge, Feuchte, Düngerstreuung • und zur Unkrauterkennung • Verknüpfungsfunktionen von Ursache und Wirkung, z.B. der • Zusammenhang von Faktoreinsatz und Ertrag • Auskunftssysteme (GIS – Systeme) z.B. zur Dokumentation der • Geodaten und des Ertrages auf der Teilfläche

6. Technologien

7. Technologien • Bodenbeprobung: • gibt Auskunft über Nährstoffmengen (z.B. Nitratstickstoff oder Wasser) • Nährstoffkarte wird erstellt und dient als Grundlage • Umfahrung des Feldes liefert mit Hilfe von DGPS die Fläche • Probenraster wird bestimmt und die Punkte gezielt angefahren • hoher Automatisierungsgrad gefordert, Analyse der Proben • möglichst schon vor Ort • Rasterweiten beliebig und meist in Abhängigkeit von Erfahrungswerten • der Homogenität der Erträge (geringe Homogenität = enges Raster)

8. Technologien • Ertragsmessung: • liefert Informationen über die verschiedenen Ertragsniveaus eines • Feldes • kombiniert mit Informationen • der Bodenbeprobung können • mit Hilfe einer Karte • (Applikationskarte) die • vorhandenen Verhältnisse • dargestellt werden

9. Technologien • Applikationskarte dient der • Anpassung von Boden- • bearbeitung, Aussaat, Düngung • und Pflanzenschutz an die • vorherrschenden Verhältnisse • erforderlich sind ein • Ortungssystem und Sensoren • zur Erfassung der Erträge • Ertragskarten werden mit • Hilfe eines GIS erstellt

10. Technologien • Ertragsmessungssysteme bisher nur beim Mähdrusch • Volumenbestimmung: • über die Schütthöhe des Erntegutes wird das Volumen und somit • auch die Masse berechnet; optische Sensoren ermitteln die Höhe • Massestrommessung: • die Wirkung des Massestroms auf einen Kraftaufnehmer wird • ermittelt • flächendeckende Ertragsinformationen über Interpolation • Ertragskartierung lässt weitere gezielte Bodenproben zu • Düngemodelle können über den Ertrag bzw. über die Abschätzung • des Nährstoffentzugs ermittelt werden

11. Technologien • Anpassung der Saatstärke: • Ziel der teilflächenspezifischen Aussaat ist es, die Saatstärke gezielt • der Fruchtbarkeit des Bodens anzugleichen • Bodenqualität eines Feldes schwankt häufig um 30 Punkte oder mehr • bei minderer Bodenqualität wird die Aussaatmenge reduziert, da die • Nährstoffe für einen dichten Bestand nicht ausreichen • Ziel ist die Einsparung von Saatgut • Bsp. Mais: Saatgutkosten werden auf Teilflächen minderer Qualität • um ca. 55 DM/ha reduziert, auf Teilflächen hoher Qualität muss • 40 DM/ha mehr aufgewendet werden, aber 100 DM/ha Mehrerlös

12. Technologien • Teilflächenspezifische Düngung: • Ziel sind höhere Erträge und Proteingehalte, sowie eine einheitliche • Eiweißqualität • natürlich auch Düngemitteleinsparung und somit Schonung der • Umwelt • Stickstoffversorgungszustand wird über Sensoren ermittelt und • die optimale Düngemenge berechnet und ausgebracht • Düngung über vorhandene Applikationskarte oder in Echtzeit über • Sensoren, welche den Chlorophyllgehalt der Pflanzen messen; • Versorgungszustand wird abgeleitet

13. Technologien • auch Faktoren, wie z.B. Wassermangel beeinflussen Chlorophyll- • gehalt und müssen berücksichtigt werden • Referenzsensor bestimmt Lichtverhältnisse, vier Sensoren messen • die Grünfärbung des Getreides • - Nachteil: Systeme bisher nur für Getreide vorhanden

14. Technologien • durch die Düngereinsparung machen sich die Anschaffungskosten • nach 1 Jahr und 1000 ha Betriebsgröße bezahlt • teilflächenspezifische Stickstoffausbringung führt zu einer homogenen • Verteilung der Nährstoffe, also wird die Ernte auf Grund einer gleich- • mäßigeren Abreife erleichtert und die Qualität wird einheitlicher

15. Technologien • Automatische Unkrauterkennung: • es können erhebliche Produktionsmittel eingespart werden, da nur • Teilflächen eines Feldes mit Unkraut befallen ist, d.h. Sensoren • sollen diese erkennen, so dass gezielt bekämpft werden kann • ca. 40 – 50 % der Herbizidmenge können eingespart werden • ein Konzept ermittelt einen Vegetationsindex über Reflexion des • Lichts im Infrarotbereich; auf brach liegenden Flächen, es ist keine • Unterscheidung von Unkrautarten und Kulturpflanzen möglich ist • zweites Konzept sieht eine bildanalytische Erfassung vor; realisiert • für Mais und Rübenbestände, nicht für Getreide

16. Technologien • es kann in zwei Arbeitsschritten erstens das Unkraut erfasst und • kartiert werden; zweitens an Hand der erstellten Spritzkarte eine • selektive Herbizidausbringung erfolgen • Ziel ist das Echtzeitkonzept: • gleichzeitige Erfassung des • Unkrauts und Herbizid- • ausbringung • Prinzip: vorne am Schlepper • nimmt eine CCD – Kamera • alle 2-3 m ein Grauwertbild • auf; Digitalisierung erfolgt in • Echtzeit

17. Technologien • Binärbilder werden erstellt

18. Technologien • Pflanzen werden extrahiert • und Konturbilder erzeugt • - Erkennung über einen • Vergleich mit Musterpflanzen • Kriterien: Merkmale des • Konturverlaufs, Verhältnis • von Umfang zur Fläche • invariant gegen Aufnahme- • höhe und Lage im Bild • Erkennungsrate zwischen • 69 % und 75 %

19. Technologien • Abb. A: Unkrautverteilung, 27 % der Herbizidmenge wurden gespart • Abb. B: Ungrasverteilung, auf 90 % der Fläche keine Bekämpfung • notwendig, also ein Einsparpotential von 56 – 98 %

20. Technologien • Satellitenfernerkundung: • Ziel der Satellitenbilder ist hauptsächlich die Überprüfung der • Angaben der Landwirte auf Grund der Flächenbeihilfen; • Einsparungen, da keine Untersuchung vor Ort notwendig ist • weiterhin können im Frühjahr Ernteprognosen gegeben, durch • Vergleich mit Bildern der vorherigen Jahre • frühzeitige Transportdispositionen führen z.B. in England zu jährl. • Einsparungen von 1,8 Mio. Pfund • Aufgaben in der Forstwirtschaft: Schädigungs- und Altersklassen • weitere Nutzung im Versicherungswesen z.B. bei Hagelschäden

21. Fazit • - in Deutschland werden die Precision Farming Technologien nur • von ca. 2 % der Betriebe angewendet • automatische Unkrautbekämpfung nur für Mais und Rüben • Ertragsmessung nur bei Getreide zufriedenstellend realisiert • Anschaffungskosten ca. 75.000 DM; ab 400 ha Betriebsgröße • interessant, da die Kosten nach 5 Jahren ausgeglichen sind • für kleinere Betriebe ist an Maschinenringe oder Lohnunternehmer • zu denken • wenn in einigen Jahren die theoretischen Ansätze in die Praxis um- • gesetzt sind, ist mit erheblichen Einsparungen von Produktions- • mitteln und höheren Erträgen zu rechnen

22. Fragen ???