Die Umsetzung von Precision

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Die Umsetzung von Precision

Die Umsetzung von Precision

Farming in die Praxis

Forschung und Entwicklung von

preagro I und preagro II

Armin Werner

Weihenstephan; 12. Oktober 2005


pre agro

Managementsystem für f r satellitengestützten

tzten

ortsspezifischen Pflanzenbau zur Erhöhung hung der

Wirtschaftlichkeit der Landwirtschaft und zur

Förderung ihrer Umweltleistungen

(1999 – 2003)

pre agro II

Informationsgeleitete Pflanzenproduktion mit

Precision Farming als zentrale inhaltliche und

technische Voraussetzung für eine nachhaltige

Entwicklung der landwirtschaftlichen Landnutzung

(2005 – 2007)


- Precision Farming -

als technologischer Kern der

„Informationsgeleiteten

Pflanzenproduktion“

= Ergebnisse und Produkte aus preagro I


Inhaltliche Projektstruktur in pre agro

Boden

Hof-Bodenkarten,

Relief, Bodenwasserspeicher

Ertragspotential

Ertragskartierung, Ertragspotentialkarten,

Bodenwasserspeicher

Management der Informationsverarbeitung

Software Betriebe und Lohnunternehmer

Bestandesführung, Bodenbearbeitung und

Bestellung, Düngung, Herbizide, Fungizide

und Wachstumsregler

Fernerkundung

Luftbilder, Bestandesinformation,

Multispektralanalyse

Praxis

Technikbetreuung, Erprobung Module. u.

Software, Micro-Precision-Farming,

Aufbereitung Ertragskartierung

Ökologie

Naturschutzziele,

Regionale Stoffdynamik,

Lokaler N-Austrag

Ökonomie


Geografische Lage der

Experimentalbetriebe in pre agro

Thumby


Kassow


Twülpstedt

Raesfeld



ZALF


Baasdorf

••

Zeilitzheim


Raguhn


Landshut


Korrekturbedarf der Saatstärke von Wintergetreide (Bsp.)

auf der klutigen,

trockenen Kuppe

in der nährstoffreichen,

nassen Senke

Bilder: Jarfe (Müncheberg)


Differenzierung der Saatstärke von Weizen

auf Teilflächen

Beispiel: TAS-Raguhn, Schlag „Bullenstall“

Bodenzahlen, Ertragsschätzung und

Aussaatmassen (Winterweizen)

Bodenzahlen

Schwarze Schrift:

Bodenzahlen

Mittelwert: 76

Grüne Schrift:

Ertragsschätzung

Mittelwert: 7,5 t/ha

Blaue Schrift:

Aussaatmassen

Mittelwert: 165 kg/ha

Roth, Kühn,Reining, Rosner 2002


Geplante und gemessene Bestandesdichte [Pflanzen pro m 2 ]

36 Schläge mit 161 Beprobungsflächen (0.25 m -2 ), 2000 bis 2002

Gemessen Counted [Pflanzen [plants . m pro -2 ] m 2 ]

500

400

300

200

100

0

y = 1.0x - 1.7

R 2 = 0.4

0 100 200 300 400 500

Geplant Predicted [Pflanzen [plants pro . m -2 ]

2 ]

Reining, Roth, Kühn, 2003


Gemessen [Ähren pro m 2 ]

Ears . m -2 - Counted

800

700

600

500

400

300

Geplante und gemessene Ährenzahl

12 Schläge mit 70 Probeflächen (0.25 m -2 ), 2001 und 2002

y = 0.4x + 234.7

R 2 = 0.3

200

200 300 400 500 600 700 800

Geplant Ears [Ähren . m -2 - Predicted pro m 2 ]

Reining, Roth, Kühn, 2003


Produkte aus pre agro für die Praxis:

1. Aussaatmodul

(Planung Aussaatstärke Winterweizen)

Inhaltliche Planung:

Programmierung:

Validierung:

Roth, Kühn

Fa. Agricon + Fa. Agrocom

Reining


Produkte aus pre agro für die Praxis:

2. Düngungsmodul

(Planung Stickstoff, Grunddüngung, Kalkung)

Inhaltliche Planung:

Programmierung:

Validierung:

Wenkel, Brozio, Gebbers

Fa. Agricon

Gebbers, Brozio


Produkte aus pre agro für die Praxis:

3. Modul für Bearbeitung GIS-Daten

(Anpassung vorhandener GIS-Daten)

Inhaltliche Planung:

Programmierung:

Wenkel

Fa. Agricon (R. Schwaiberger)

Zuordnung

der neuen

Eigenschaft


Produkte aus pre agro für die Praxis:

4. Entwicklung eines Praxisgerätes

zur teilflächenspezifischen Bodenbearbeitung

Voßhenrich, Sommer (Braunschweig), 2000


Produkte aus pre agro für die Praxis:

5. Entwicklung der GPS-gestützten

Gewannebewirtschaftung

Auernhammer,

Meyer (2000)


Precision

Farming

Produkte aus pre agro

für die landw. Praxis

6. Kompendium zu

Precision Farming

für den Landwirt

Anleitung

für den Praktiker

Herausgeber:

Hufnagel, J., Herbst, R., Jarfe, A., Werner, A.

KTBL

© 2004

Berger, 2004


Planung und Umsetzung von Precision

Farming auf meinem Betrieb

Anleitung zu

Precision Farming

für den Praktiker

Der Praktiker wird

anhand von Abfragen

und Entscheidungshilfen

durch das

Kompendium geführt


pre agro II – ein neues Forschungsverbundprojekt

pre agro

Managementsystem für r satellitengestützten

tzten

ortsspezifischen Pflanzenbau zur Erhöhung hung der

Wirtschaftlichkeit der Landwirtschaft und zur

Förderung ihrer Umweltleistungen

(1999 – 2003)

Die Umsetzung von

Precision Farming

in die Praxis

pre agro II

Informationsgeleitete Pflanzenproduktion mit

Precision Farming als zentrale inhaltliche und

technische Voraussetzung für f r eine nachhaltige

Entwicklung der landwirtschaftlichen Landnutzung

(2005 – 2007)


Das Konzept der ´Nachhaltigen Entwicklung´

- das Dreieck der wechselseitigen Interessen -

Ökologie

soziale Aspekte

Ökonomie


Anlass für die Konzipierung von pre agro II

„ ... Analysen und Konzepte

zur nachhaltigen Entwicklung

der landwirtschaftlichen Landnutzung

müssen deutlich die Systemgrenze

‚Pflanzenproduktion‘ überschreiten

und umfassen deshalb

die „gesamte Wertschöpfungskette“

pflanzlicher Lebensmittel ...

(aus dem Projektantrag von pre agro II an das BMBF, März 2004)


Wertschöpfungskette pflanzliche Lebensmittel (Ackerfr.)

+ Aktionsbereiche nachhaltiger Entwicklung

Vorstufe

(Betriebsmittel,

Maschinen ..)

Verbraucher

Erzeugung

(Ackerbau)

Erfassung

Verarbeitung

Handel

Produktqualität: (Definition und Sicherung) u.a.: Indikatoren nach Qualitätsstufen

Prozessqualität: (Definition und Sicherung) u.a.: Indikatoren der nachhalt. Entwicklung

Aktionsbereiche der nachhaltigen Entwicklung in der Wertschöpfungskette:

Ökologie

Ökonomie

Ökologie

(Soziales)

Ökonomie

Ökologie

Ökonomie

Ökologie

Ökonomie

Ökologie

Ökologie

Soziales

Kommunikation: Ziele, Indikatoren, Standards, Datenaustausch, Dokumentation, Feedback ..


Wertschöpfungskette pflanzliche Lebensmittel

Systemlösung mit Precision Farming (Acker)

Informationsflüsse

Ausbildung

Vorstufen,

Erfassung

Beratung

Informationsgeleitete

Pflanzenproduktion

(Precision Farming)

Informationsmanagement

Gesamtbetrieb

Forschung,

Entwicklung

Handel,

Verarbeitung,

Verbraucher

schul. Bildung,

Öffentlichkeit


Oberziel für pre agro II:

Entwicklung der informationsgeleiteten Pflanzenproduktion mit PF

als Teil einer Systemlösung zur ‚nachhaltigen Landnutzung‘

Forschungsgegenstände

1. Grundlagen zur Teilflächenwirtschaft mit PF

a) Standortcharakterisierung

b) Bestandescharakterisierung und Bestandesführung

2. Grundlagen zum Informationsmanagement

3. Erkenntnisse und Konzepte zur Akzeptanz, Transfer

und Bildung zu PF

4. Pflanzenproduktion, Wertschöpfungskette und

nachhaltige Entwicklung


Übersicht über die Pilotbetriebe von pre agro II

Pilotbetriebe:

- PF-Experimente

-Teilflächenbewirtschaftung

nach Vorgaben

- Messungen, Erhebungen



ZALF


Groß-

Twülpstedt

Temp. : 8,4 C

Nd: 600 l/m²

Wulfen

Temp.: 9,0 C

Nd: 474 l/m²


Informationsgeleitete

Pflanzenproduktion

= Forschung von preagro II

für die Praxis =

- Standortcharakterisierung -


28.06.00

# # # #

# # # # # # # # #

# # # # # # # # #

cm

# # # # # # #

0

50

25 50 75 100 %

cm

0

50

100

25 50 75 100 %

100

150

> 2 mm

150

Ton Schluff

Sand

Ähnliche Signale ≠ Ähnliche Böden !

Problem: Konvergenz !


Böden als Standortfaktor

LAI = 1,4

TM = 0,2 kg m -2

LAI = 3,6

TM = 1,1 kg m -2

LAI = 3,6

Fernerkundung

Pflanzenwachstum

Bodeneigenschaften

nFK = 110 mm nFK = 183 mm

N t

= 0,6 kg m -2 N t

= 1,3 kg m -2


Integrative Standortanalyse

TP 14, 13, 21

TP 16 (14) TP 14

Hangneigung

Fernerkundung

• multi-/hyperspektral

(Daedalus, AVIS, ARES)

• LAI (Modellierung)

• multitemporal !

• Elektromagnetische Induktion • Relief-Boden-Beziehungen

• Geoelektrik (Punkt)

• Relief → Dynamik

• Textur / Struktur

TP 17, 21, 23

+ Nutzungs-/

Bewirtschaftungsgeschichte

Multidatenfusion:

regelbasiertes Expertensystem

Standortstypisierung TP 15

Standortmuster


Beziehung zwischen Saatstärke und Kornertrag

Bedingungen für

Ertragsbildung:

8

gut

7

Maximal-Ertrag

Kornertrag [t . ha -1 ]

6

5

4

3

2

1

0

schlecht

0 50 100 150 200

Saatstärke [kg . ha -1 ]

Tompkins, D.K., G.E. Hultgreen,

A.T. Wright, and D.B. Fowler.

1991. Agron. J. 83:684-689.

Reining, Roth, Kühn, 2003


n. Hufnagel, 2002

Ertragsmaximum, -potenzial, -ziele, -

erwartungen

- Differenzierung durch Anbausystem, Witterung -

biologisches Optimum

theoret. opt. Anbausystem

E-Max

E-Ziel 1

Anbausystem 1

Ertragspotenzial

Ertragserwartungen

E-Ziel 2

Anbausystem 2


Modul zur Ermittlung von „Ertragserwartungen“ und „ Ertragszielen“

[Informationsflüsse im Fuzzy - Expertensystem zur Erstellung von E-Karten] E

Input Input Daten

Management

Fruchtart

Standortspezifische

Größen in Vegetation:

• Temperatur

• Niederschlag

• Globalstrahlung

• Verdunstung

LVL

Sortenprüfung

Vorfrucht

Grunddüngung bzw.

Bodenfruchtbarkeit

N - Düngungsniveau

(organisch + mineralisch)

Matrix für

Basis - Naturalertrag

(Grundlage: Auswertung langjähriger

Feld- und Sortenversuche,

Praxiserhebungen, Modellsimulationen)

Korrektur des

Basis - Naturalertrages

Trend- Overlay

(Anpassung an das heutige

Ertragsniveau; Extrapolation)

Teilflächenspezifizierung

Kaskadiertes

Fuzzysystem

1. Kaskade

2. Kaskade

3. Kaskade

...

• Standort- und

Bodentyp

• Klima

Standortmerkmale

• Hangneigung

• Steinigkeit

• Lagerungsdichte

• Bodentiefe

• Bodenwasserversorgung

• Testbetriebsnetz

• Agrarstatistik

Sorte / Sortentyp

Aussaattermin

Intensität Pflanzenschutz

Art Bodenbearbeitung

Management

Input Input Daten

Expertenwissen

vor Ort

Expertenkorrektur

• Standorterfahrung

• Managementüberlegung

Expertenwissen

vor Ort

Ertragserwartungskarte

Wenkel, Mirschel, 2004


Informationsgeleitete

Pflanzenproduktion

= Forschung von preagro II

für die Praxis =

- Datenbereitstellung -


GIS-basiertes Landregister 2005 in Hessen

(Rüsseler 2003)]

F

I

S

-

I

n

V

e

K

o

S

-

G

I

S

6

5 2

3

(1) Flurstücksgrenzen (ein Bewirtschafter)

(2) Gewässer (Fluss), außerdem FFH-Gebiet

(3) Gewässer (Bachlauf), kein FFH-Gebiet

(4) Wald / Buschland (6) Uferrandstreifen

(5) Uferrandstreifen FHH (7) innere Grünlandfläche

HEKUL-Fläche (=Schlagfläche) wird gebildet aus Teilflächen 5+6+7

HELP-Fläche wird gebildet aus Teilflächen 4(max. 10%)+5+6+7

Hessisches Ministerium für Umwelt,

Landwirtschaft und Forsten (Rüsseler 2003)

7

4

1

Ortsgrenze

HELP: Strukturelemente

bis zu 10%

der Flurstücksgröße

gefördert

Einführung

schlagbezogenes

Flächenkataster

2005 in

Hessen


Kommerzielle Anbieter für Geo-Informationen

- ein schnell wachsender Markt -


Beerntung eigener Parzellenversuche auf einem

landwirtschaftlichen

Betrieb (´Feldversuche´, ´On-Farm Experiments´)

- Schema aus Stein-Bachinger et al. 2000 [RKL-Broschüre: /2000]-


preagro II: Informationsflüsse im landwirtschaftlichen Betrieb

für eine Informationsgeleitete Pflanzenproduktion

extern extern

ext. Datenbanken

...+

Anforderungen

Betr.- Datenbanken

Betriebsdaten

(Ressourcen,

Techniken, Kosten

Tracing-

Modul

(TP 17)

(TP 19)

defin. Monitoring

Daten

Link

+

Retrieval

(TP 17)

Definitionen

Entscheidungs-

unterstützung

Prozessdokumentation

(TP 8)

Geo-Daten

(Betriebsflächen+

Landschaftsbezug)

|--------- externe Geo-Datensysteme --------|

Standortkarten, Höhenmodelle, Fernerkundung

Nutzungsbeschränkungen etc.

Erträge, Qualitäten ...

Maßnahmen

Prec. Farm.

Standort, Bestand, Maßnahm., Tech.Dat., ...

Erstellung

Appli.-karten

(TP 23)

Precision Farming Datenbanken der Betriebsflächen

..

Schlag-Daten

(Mangeement-Units,

Potentiale, Risiken etc.)

Schlag-Daten

(Dokumentation

für Produktion)

|------- regionale -------|

Produktionsfunktionen

Schlag-Daten

(Dokumentation

für Traceability)

(Betriebsinform.)

..

(TP 9)

lokale Produktionsfunktionen

Geodaten, Fernerk.,

Produkt.Funkt.ionen

Betriebliche

Produktionsfunktionen

Link + Retrieval

(Betriebsinformationen)

(TP 17)

Sensoren

Standortqualit., Potent.,

Risken, Ziele ...

Analyse

+

Integration

(Office-

Software)

(TP 18)


Softwarefirmen

Verbände

Wissenschaft

Praxis

Landt. Industrie

TP 1

TP 3

TP 7

TP 8

TP 9

TP 17

TP 18

KTBL Agru

agroXML

Preagro Agru

agroXML

Wertschöpfungskette,

Indikatoren Nachhalt.

(TP 1, DLG)

e-governance

(TP 2, IÖW)

KTBL (TP 19)

mit:

Agrocom (TP 18)

Agro-Sat (TP 17)

FH Bingen (extern)

agroXML

Definitionen

Geodaten,

Workflow Info. Prod.

(TP 7, Uni. Rostock)

Informationen

für / vom Betrieb

Modelle, Witterung,

Geo-Daten, Dokument...

(TP 17, Agro-Sat)

agroXML

Webdienste

TP 19 (KTBL)

innerbetriebliche

Daten

(TP 18, Agrocom)

(TP 8, TU München)

(TP 3, Uni. Halle)


Informationsgeleitete

Pflanzenproduktion

= Forschung von preagro II

für die Praxis =

- Nachhaltigkeitsindikation -


Kalkuliertes Minderungspotenzial des N-Austrags bei

unterschiedlichen Anteilen von Ökologischem Landbau (OL) in

einer Region (100ha) sowie bei unterschiedlichem Umfang

(25%, 50%) von Precision Agriculture-Technik in der N-

Düngung im Integriertem Landbau (IL+PA)

angenommenes

Minderungspotenzial (Basis = IL):

IL + PA: 15 kg N • ha -1 •a -1

OL: 40 kg N • ha -1 •a -1

Reduktion N-Austrag

(kg N / 100 ha)

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Integr. Landbau + Prec.Agric. (25%)

Integr. Landbau + Prec.Agric. (50%)

Ökologischer Landbau (OL)

4 7 10 15 20

Anteil OL an Gesamtfläche (%)


Kalkuliertes Minderungspotenzial des N-Austrags bei

unterschiedlichen Anteilen von Ökologischem Landbau (OL) in

einer Region (100ha) sowie bei unterschiedlichem Umfang

(25%, 50%) von Precision Agriculture-Technik in der N-

Düngung im Integriertem Landbau (IL+PA)

angenommenes

Minderungspotenzial (Basis = IL):

IL + PA: 15 kg N • ha -1 •a -1

OL: 20 kg N • ha -1 •a -1

Reduktion N-Austrag

(kg N / 100 ha)

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Integr. Landbau + Prec.Agric. (25%)

Integr. Landbau + Prec.Agric. (50%)

Ökologischer Landbau (OL)

4 7 10 15 20

Anteil OL an Gesamtfläche (%)


Einschätzungen über die Auswirkungen der Bewirtschaftungsweisen

Integrierter Landbau (IL), Ökologischer Landbau (OL)

sowie Integrierter Landbau mit Teilflächenwirtschaft (IL+PA) auf

Indikatoren der nachhaltigen Entwicklung von Landwirtschaft

Dokumentation

Standortbezug

10

Erosionsminderung

Arbeitsplätze

5

Verdichtungsminderung

IL

Wirtschaftlichkeit

0

Nitrataustrags-

Verringerung

OL

IL + PA

nergieverbrauchsmind.

PSM-Austrags-

Verringerung

Lebensraumschutz

Artenschutz

(Quelle: eigener Entwurf)


Informationsgeleitete

Pflanzenproduktion

= Forschung von preagro II

für die Praxis =

- Ausbildung und Transfer -


preagro II: Entwicklung von wirksamem Transfer und

Ausbildung für Precision Farming

Erprobung Transferkonzepte:

- Durchführung, Auswertung, Ableitung von Handlungsempfehlungen -

Allgemeine

Bildung

Ausbildung

Hochschulausbildung

Beraterfortbildung

Weiterbildung

Allgemeinbildende

Schulen

(mit I.M.A)

Uni.Hohenheim,

Inst.f.Sozialwissenschaften

des

Agrarbereiches

FH Darmstadt

Fachhochschule

Neubrandenburg

Fachhochschule

Osnabrück

Staatl.Fortbildng.

Reinhardtsgrimma

Bildungsseminar

Rauischholzhausen

Führungskräfte

aus Lohnuntern.,

Maschinenringen,

lw. Dienstleister,

Ing.Büros,Berater

Landwirte

z.B.:

Infoveranstaltungen

+

Wettbewerb für

Schulen

z. B. zwölf

Unterrichtsstunden

für

Fachschüler und

Meisterschüler

z. B. einsemestrige

Lehrveranstaltungen

mit Theorieund

Praxisanteilen

z. B. eintägige

Fortbildungen für

Berater der

Offizialberatung

auf Länderebene

z. B. bundesweit

ausgeschriebene

mehrtägige

Seminare


Projektbereiche, Querschnittsprojekte,Teilprojekte preagro II

Projektbüro

Wissensch.

Beirat

Sprecher PB 1

Projektleiter

Koordinator 1 Koordinator 2

Sprecher PB 2 Sprecher PB 3 Sprecher PB 4

Koordination

Vorstand

PB 1 – Integrationsebene

Wertschöpfungskette

TP 1 Wertschöpfungskette

/

Nachhaltigkeit

TP 2 Technikgestaltung

durch

Partizipation

TP 5 Volkswirtschaft

TP 6 Akzeptanz

PB 2 – Informations-

Management

TP 7 Geodateninfrastruktur

TP 8 Prozessdokumentation

TP 17 Info.bereitstellung

Betrieb

TP 18 Office-Software

TP 19 agro XML

PB 3 – Standortcharakterisierung

TP 13 Fernerkundung

TP 14 Integrative

Standortanalyse

TP 15 Ertragserwartung

TP 16 Wurzeltiefgang

PB 4 – Bestandescharakterisierung,

Bestandesführung

TP 4 Naturschutz

TP 9/11 Bestandesführung

/ OnFarm Research

TP 10 Pflanzenschutz

TP 12 Nahsensorik

Querschnittsprojekt 1 TP 3 Wirtschaftlichkeit

Querschnittsprojekt 2 TP 20 Transfer + Bildung

Querschnittsprojekt 3 TP 21 Projektkoordination

Querschnittsprojekt 4 TP 22 Projektinformationssystem


Informationsgeleitete Pflanzenproduktion mit

Precision Farming als Systemlösung im Integrierten

Landbau - Ausblick zu F+E-Bedarf -

I. Weiterentwicklung Precision Farming

• Grundlagenforschung zu

• integrativer Standortcharakterisierung + Zustandsanalyse Bestände

• pflanzenbauliche Prinzipien teilflächenspez. Qualitätsbeeinflussung

• ökologische + Langfristwirkungen von Teilflächenbewirtschaftung

• einfache, integrative Informations-Managementsysteme

II.

Integration von Precision Farming in die Wertsch.Kette

• Entwicklung von Indikatorensystemen für ‚Nachhaltigkeit‘

• Standardisierung von Kriterien und Schnittstellen

III.

Transfer von Precision Farming in die Praxis

• Beispielsprojekte, Info- und Weiterbildungsmaterialien

• Belege für einfache Organisation und Wirtschaftlichkeit

• Konzepte zum überbetrieblichen Maschineneinsatz


Projektstruktur in pre agro II

- Forschungsschwerpunkte und Inhalte -

Nachhaltigkeitsdiskurs und Transfer

Nachhaltigkeit in Wertschöpfungskette,

Partizipation in Technikgestaltung,

Akzeptanz Landwirte, Volkswirtschaft

Informationsmanagement

Dateninfrastruktur, Prozessdokumentation,

Betriebsinformationen, Office-Software,

agroXML

Standort / Bestand / Pflanzenbau

Standortanalyse, Wurzeltiefgang,

Fernerkundung, Nahsensorik, On-Farm

Experimente, Bestandesführung,

Pflanzenschutz, Gestaltung Naturschutz

Transfer

Ausbildung, Beratung,

Information

Sozioökonomie

Wirtschaftlichkeit Einzelbetrieb

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