Kurzbeschreibung des Forschungsprogramms (Flyer im PDF ... - ATB

Leibniz-Institut für Agrartechnik
Potsdam-Bornim e.V. (ATB)
Wir entwickeln nachhaltige Technologien für eine ressourceneffiziente
und CO 2
-neutrale Nutzung biologischer Systeme zur Erzeugung
von Lebensmitteln, Rohstoffen und Energie.
Zum Aufgabenbereich gehören die Entwicklung technischer Verfahren
für Pflanzenbau und Tierhaltung, die Qualitätssicherung landwirtschaftlicher
und gärtnerischer Produkte sowie die stoffliche und
energetische Nutzung nachwachsender Rohstoffe und biogener
Reststoffe. Eine Querschnittsaufgabe ist die Analyse und Bewertung
des Technikeinsatzes in landwirtschaftlichen Wertschöpfungsnetzen.
Zusammenwirken der
Forschungsprogramme
des ATB:
Stoffliche und energetische Nutzung
von Biomasse
Bewertung des
Technikeinsatzes
in Agrarsystemen
Qualität und Sicherheit von
Lebens- und Futtermitteln
Technik und Verfahren in
Pflanzenbau und Tierhaltung
Baumindividuelle mechanische Blütenausdünnung
Gartenbau
Im Fokus stehen Techniken für den Freilandanbau von ausgewählten
Obst- und Gemüsekulturen. Obstgärten werden mit spezifischen
Sensoren ausgestattet und deren Messdaten intelligent verknüpft,
um Ertrag und Fruchtqualität zu erhöhen und gleichzeitig den Aufwand
an Ressourcen, insbesondere von Bewässerungswasser zu
verringern. Hierfür entwickeln wir bio-physikalische Methoden zur
automatisierten Erfassung von Pflanzenparametern. Die neuartigen
Methoden werden in unserer Pilotanlage Technology Garden untersucht.
Schwerpunkt im Gemüsebau ist die Optimierung von Ernteverfahren
von Brokkoli, Spargel und Einlegegurken.
Aktuelle Forschungsarbeiten:
• Charakterisierung der räumlichen und zeitlichen Verteilung von
Boden-, Klima- und Pflanzenparametern in Obstanlagen
• Automatisierung von optischen (multispektralen) Sensoren zur
Erfassung von Pflanzenparametern in situ
• Raum-zeitlich aufgelöste Analyse von ernährungsphysiologisch
wertvollen Inhaltsstoffen und dem Reifezustand von Früchten
in situ, u.a. zur automatisierten Ernteterminbestimmung
• Modellierung der Einflussnahme von Umgebungsfaktoren und
Kulturmaßnahmen auf Wasserbilanz und Pflanzenleistung
• Validierung von Pflanzen- und Bodenparametern und Nutzung
für die Bewässerungssteuerung
• Mechanische Blüten-Ausdünnung von Apfelbäumen
• Terminierung von Brassica-Kulturen
Versuchsanordnung im Technology Garden
Ausstattung: Technology Garden
Eine Pflaumenanlage in Potsdam dient im Dauerversuch Technology
Garden als Beispiel für den sensorbasierten Präzisionsgartenbau.
Baumspezifische Informationen sollen künftig helfen, Maßnahmen
zur Qualitätserzeugung bedarfsgerecht durchzuführen und den geeigneten
Erntetermin präziser zu bestimmen.
Erzeugern, Dienstleistern und anderen Nutzern bietet die Anlage Informationsmöglichkeiten
über die neuesten Methoden für das Management
von intensiv bewirtschafteten Dauerkulturen.
Mit Hilfe von in situ Analysen werden physiologische Pflanzenzustände,
z.B. die Fruchtentwicklung, räumlich-zeitlich aufgelöst
abgebildet. Dabei werden zerstörungsfrei aufgezeichnete spektroskopische
Fruchtdaten mit geophysikalischen Bodenparametern
kombiniert. Der Kartierungsansatz erlaubt komplexe Auswertungen
einer Vielzahl unterschiedlicher Datenquellen, z.B. die Kombination
von Bodenkarten, digitalen Geländemodellen und Ertragskarten.
Die Daten können genutzt werden, um Bewirtschaftungsmaßnahmen
wie die Intensität der Blütenausdünnung und die teilflächenspezifische
Ausbringungsintensität von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln
festzulegen.
Weitere Informationen zum Technology Garden finden sie unter:
www.atb-potsdam.de/technologygarden
Kontakt
Wissenschaftlicher Direktor
Prof. Dr. agr. habil. Reiner Brunsch
rbrunsch@atb-potsdam.de
Koordinator des Forschungsprogramms
Dr. agr. Robin Gebbers
rgebbers@atb-potsdam.de
Leibniz-Institut für Agrartechnik
Potsdam-Bornim e. V. (ATB)
Max-Eyth-Allee 100
14469 Potsdam-Bornim
Tel.: ++49 331 5699-0
Fax: ++49 331 5699-849
E-Mail: atb@atb-potsdam.de
Internet: www.atb-potsdam.de
Gestaltung: SEQUENZ, Berlin • Fotografien: ATB
Ressourceneffiziente
Technik und Verfahren
für Pflanzenbau und
Tierhaltung
www.atb-potsdam.de

Forschungsprogramm „Technik und Verfahren
im Pflanzenbau und in der Tierhaltung“
Ziel der Forschung ist die standortangepasste Optimierung der Techniken
und Verfahren des Pflanzenbaus und der Tierhaltung im Sinne
einer ressourceneffizienten, umweltfreundlichen, tiergerechten und
rentablen landwirtschaftlichen Produktion.
Die Etablierung standortspezifischer und an den Klimawandel angepasster
Produktionssysteme erfordert ein detailliertes Verständnis der
Wechselwirkungen von Tieren und Pflanzen mit ihrer Umwelt. Um prozessrelevante
Parameter möglichst berührungslos erfassen zu können,
werden Sensoren entwickelt und in die Verfahren integriert. Die durch
Sensoren erhobenen Daten werden genutzt, Produktionsprozesse zu
modellieren und die Verfahren optimal zu gestalten.
Optimierung
landwirtschaftlicher
Produktionssysteme
durch sensortechnische Erfassung,
Modellierung und Verfahrensgestaltung.
Erfassung
von prozessrelevanten Parametern
Gestaltung
von Produktionsverfahren
Die sensortechnische Erfassung von Tier-, Pflanzen- und Umweltparametern
ist Grundlage zur präzisen und automatisierten Beschreibung
der Zustände der Produktionssysteme sowie ihrer In- und Outputs.
Bei der Sensorentwicklung sind die rauen Einsatzbedingungen
und der Kostendruck in der Landwirtschaft zu berücksichtigen.
Die Modellierung ausgewählter Produktionsprozesse in Tierhaltung
und Pflanzenbau dient dem Verständnis und der Gestaltung des
Systems, der Entscheidungsfindung über System-Inputs sowie der
Prognose von System-Outputs in Quantität und Qualität.
Diese Erkenntnisse sind Voraussetzung für die Entwicklung und Optimierung
von Produktionstechniken und somit der Gestaltung adaptiver
Produktionsverfahren in Pflanzenbau und Tierhaltung. Dabei
werden Sensoren, Entscheidungsalgorithmen, Aktuatoren, Gebäudepläne
und Verfahrensabläufe aufeinander abgestimmt, um zu einer
integrierten Steuerung von Produktionsprozessen zu gelangen.
Modellierung
von Prozessen
Geophysikalischer Bodensensor
Ackerbau
Ziel unserer Arbeiten ist die standortangepasste Optimierung der
Techniken und Verfahren, um pflanzliche Produkte umweltfreundlich
und rentabel zu erzeugen. Hierzu entwickeln wir Sensoren und
computergestützte Auswerteverfahren, die eine präzisere Steuerung
von Applikations- und Erntetechniken erlauben, z. B. durch
automatische Erkennung von Unkräutern oder durch kostengünstige
Kartierung düngungsrelevanter Bodenparameter. Die von uns entwickelten
sensorbasierten Technologien reduzieren den Betriebsmittelaufwand
und vermindern gleichzeitig die Umweltbelastungen.
Aktuelle Forschungsarbeiten:
• Energieeffiziente und leistungsfähigere Erntetechnik für Kamillenblüten
• Untersuchung der Bodenfruchtbarkeit mit stationären und mobi
len Sensoren sowie multivariaten Verfahren der räumlichen
Statistik
• Flugroboter zur Kartierung pflanzlicher Biomasse und zur bedarfsgerechten
Stickstoffdüngung
• Multi- und hyperspektrale Bildverarbeitung zur Erfassung von
Pflanzenmerkmalen
• Präzise Applikation von Pflanzenschutzmitteln
• Lasersensoren zur Erfassung von Bestandsparametern (Biomasse,
Blattfläche, Stickstoffversorgung)
• Terahertz-Messtechnik zur Untersuchung von Böden und Pflanzen
• Optimierung von Dünge- und Ernteverfahren durch Fehlerfortpflanzungs-
und Sensitivitätsanalyse
Viertelindividuelle Melktechnik
Tierhaltung
Unsere Arbeiten dienen der umweltfreundlichen und tiergerechten
Haltung von Rindern, Schweinen, Geflügel und Pferden. Hier konzentrieren
wir uns auf die Ermittlung und Minderung von Emissionen
einschließlich der Gestaltung des Klimas in Ställen sowie die
Milchgewinnung. Weiterentwickelte Haltungsverfahren und tierindividuelle
Melktechnik sollen dazu beitragen, Tiergesundheit und Milchqualität
auf höchstem Niveau zu gewährleisten. Untersuchungen
physikalischer wie physiologischer Parameter bilden die Grundlage
für die Entwicklung von Technik und Sensoren sowie Verfahrensoptimierungen.
Studien in Tierhaltungsanlagen und physikalische
Modellierungen in einem Grenzschichtwindkanal liefern wertvolle
Erkenntnisse über gasförmige Emissionen und Möglichkeiten ihrer
Verminderung.
Aktuelle Forschungsarbeiten:
• Beurteilung von Haltungsverfahren für Milchkühe und von
Stressbelastungen der Tiere
• Weiterentwicklung des viertelindividuellen Melkens
• Entwicklung ergonomischer Melkarbeitsplätze
• Modellierung physikalischer Strömungsvorgänge im Außenbereich
von Tierhaltungsanlagen
• Ermittlung von Emissionsfaktoren für Ammoniak und Methan
bei unterschiedlichen Haltungsverfahren
Ausstattung: Grenzschichtwindkanal
Der neue atmosphärische Grenzschichtwindkanal des ATB dient der
Untersuchung von Umströmungs- und Ausbreitungsvorgängen an
landwirtschaftlichen Gebäuden sowie von Durchströmungs- und
Lüftungsvorgängen innerhalb der Gebäude.
Mit einer Höhe von 2,3 m und einer Breite von 3,0 m zählt der Kanal
zu den größten agrarwissenschaftlichen Windkanälen. In ihm können
Gebäudemodelle im Maßstab 1:100 bis 1:300 installiert werden.
Die Luftströmung lässt sich mit Hilfe von Laser-Lichtschnitten
visualisieren. Mit einem Flammen-Ionisations-Detektor erfolgen
Konzentrationsmessungen an Tracergasen. Geschwindigkeits- und
Turbulenzmessungen werden mit einem Konstant-Temperatur- und
einem Laser-Doppler-Anemometer durchgeführt.
Windkanal zur Modellierung von Strömungsvorgängen
Grenzschichtwindkanal
Visualisierung der Luftströmung
aus einem Stallgebäude