IoT In der Landwirtschaft

Die 'Farm to Fork Strategy' der Europäischen Union

2023 wird herausfordernd für die Landwirtschaft

IoT In der Landwirtschaft

Die Digitalisierung der Landwirtschaft wird von Landwirten voran getrieben. Sie nutzen vermehrt Agribots für flächenspezifisches Precision Farming sowie zur Überwachung der Böden mit vernetzten Sensoren. Die automatisierte Überwachung der Tiergesundheit wird ebenfalls mit Sensoren realisiert.

Auf der Grundlage akkurater Bestandsdaten gehen Landwirte von flächendeckenden Verfahren zur Aussaat, Düngung, Beiwuchsvernichtung oder Bewässerung zu präzisen Verfahren über.

2023 wird herausfordernd für die Landwirtschaft

Von 2005 bis 2020 ist die landwirtschaftlich genutzte Fläche in der EU um 37 Prozent zurück gegangen. Über 5 Millionen Betriebe haben die Agrarproduktion aufgegeben.

Landwirtschaft in der Europäischen Union (EU)

Die landwirtschaftlich genutzte Fläche der EU entspricht etwa 40 Prozent der Landfläche. Der Wert der Bruttoproduktion des landwirtschaftlichen Wirtschaftsbereichs belief sich im Jahr 2021 auf 449,5 Milliarden Euro. Darin enthalten sind die pflanzliche Produktion (55,3 Prozent des Gesamtwerts), die tierische Produktion (36,3 Prozent), landwirtschaftliche Dienstleistungen (4,8 Prozent) und nichtlandwirtschaftliche Waren und Dienstleistungen (3,6 Prozent).

Der durchschnittliche Anteil der Bruttowertschöpfung der Landwirtschaft am Bruttoinlandsprodukt der EU betrug insgesamt nur rund 3,10 Prozent. Die hohe Bedeutung landwirtschaftlicher Betriebe als Zulieferer für die Ernährungsindustrie und als wichtiger Arbeitgeber insbesondere in den ländlichen Regionen wird mit diesen Zahlen unzureichend abgebildet.

Landwirtschaft in der Europäischen Union (EU)

Biologische Landwirtschaft

Die ‚Farm to Fork Strategy‘ der EU, zu Deutsch ‚Vom Hof auf den Tisch‘, verfolgt das Ziel, im Jahr 2030 wenigstens 25 Prozent des landwirtschaftlichen Ertrags mit natürlichen Substanzen und Vorgehensweisen zu erwirtschaften. Bislang liegt der EU-weite Durchschnitt bei 9,1 Prozent.

Österreich weist mit 25,7 Prozent den höchsten Anteil an ökologischer Landwirtschaft auf, gefolgt von Estland (22,4 Prozent) und Schweden (20,3 Prozent).

In Deutschland lag der Umsatz mit Biowaren 2022 bei knapp 15,9 Milliarden Euro. Das entspricht 6,8 Prozent des gesamten Lebensmittelmarktes.

Trend zur Konsolidierung in der Viehwirtschaft

Bei der letzten landwirtschaftlichen Erhebung im Jahr 2020 gab es in der EU etwa 5,3 Millionen weniger landwirtschaftliche Betriebe als 2005, was einem Rückgang von 37 Prozent entspricht. In Deutschland ist beispielsweise die Zahl der schweinehaltenden Betriebe rückläufig.

Im Zehnjahresvergleich sank die Zahl der Schweine 2022 um 24,7 Prozent oder 7,0 Millionen Tiere. Die Zahl der Betriebe verringerte sich sogar um 43,3 Prozent.

Da die Zahl der Betriebe stärker abnahm als die Zahl der gehaltenen Schweine, erhöhte sich der durchschnittliche Schweinebestand in den vergangenen zehn Jahren von 949 auf 1.259 Schweine je Betrieb.

Die Zahlen im Rinderbestand sind konstant, die Zahl der rinderhaltenden Betriebe hat sich jedoch stark reduziert (um 25 Prozent im Zehnjahresvergleich).

In der Hühner- und Legehennenhaltung führt der Strukturwandel ebenfalls zu weniger und größeren Betrieben, die an mehreren Standorten Geflügel halten.

Herausforderung Landwirtschaft

8 Millionen Menschen leben auf der Erde. Damit die Nahrungsmittelversorgung für alle Bewohner sichergestellt werden kann, muss sich die landwirtschaftliche Produktivität erhöhen.

Die globale durchschnittliche Temperatur lag rund 1,15 Grad über dem vorindustriellen Niveau.

Prognose: 2023 wird ein schwieriges Jahr

Analysten befürchten, dass 2023 ein weiteres schwieriges Jahr für die Landwirtschaft wird. Der Druck, effizienter Nahrungsmittel zu produzieren, steigt. Gleichzeitig ist nicht vorherzusehen, ob die Vegetationsperiode mit ausreichend Niederschlag versorgt wird. Die Weltmarktpreise für Öl und Gas sinken langsam, ohne dass diese positiven Änderungen in der EU ankämen. Zudem ist ungewiss, ob die Lieferkettenprobleme aus den vergangenen zwei Jahren fortbestehen werden.

Wachsende Weltbevölkerung

Eine der größten Herausforderungen der nächsten Jahrzehnte ist die wachsende Weltbevölkerung. 8 Millionen Menschen leben derzeit auf der Erde. Für 2030 sagt die Vereinte Nation 8,5 Milliarden Menschen voraus und für 2050 9,7 Milliarden. Das Bevölkerungswachstum hat sich zuletzt verlangsamt. Damit die Nahrungsmittelversorgung für alle Bewohner der Erde sichergestellt werden kann, muss sich die landwirtschaftliche Produktivität erhöhen.

Klimaerwärmung

Seit 2014 werden jährlich Rekordtemperaturen gemessen. 2022 war eines der wärmsten Jahre seit der Wetteraufzeichnung. Die globale Durchschnittstemperatur lag rund 1,15 Grad über dem vorindustriellen Niveau. Infolge der Klimaerwärmung verlängert sich die Vegetationsperiode. Die Temperaturerhöhug führt zu zeitigerem Austrieb, Blüte und Fruchtbildung im Vergleich zu früheren Jahrzehnten.

Dieser Umstand ist an sich begrüßenswert. Die Wahrscheinlichkeit von Hitze- und Dürreperioden steigt jedoch. 2022 war das Frühjahr in den größten Teilen Europas zu trocken. Vielfach wurden weniger als 80 Prozent, teilweise 60 Prozent vom Niederschlagsnormalwert gemessen, örtlich noch darunter. Die Trockenheit setzte sich vielerorts in den Sommer hinein fort.

Weltmarktpreise im Wettbewerb

Landwirte stehen 2023 höheren Produktionskosten und sinkenden Preisen gegenüber. Pflanzenschutzmittel haben sich 2022 um 24 Prozent verteuert. Fungizide kosten knapp 10 Prozent mehr. Die Preise für Öl (bis zu 9 Prozent) und Gas (bis zu 47 Prozent) sind ebenfalls stark gestiegen. Warenterminspekulationen mit Agrarrohstoffen neben der Produktion von Agrartreibstoffen gehören zu den wichtigsten Ursachen von Agrarpreisexplosionen. Die gestiegenen Preise führen zu einer drastischen Rückgang in der Nachfrage. Von einer geringen Nachfrage sind insbesondere Milchbauern betroffen.

Unzuverlässige Lieferketten

Die globalen Rohstoffmärkte wurden durch die Pandemie enorm herausgefordert. Lockdowns, Grenzschließungen, Lieferengpässe, Mangel an LkW-Fahrern – das alles führte zu einer Bevorratung von Rohstoffen, was den Einbruch der Nachfrage nach sich zog. Weltweit beginnt die Produktion nun wieder. Die entstandene Produktionslücke bedeutet jedoch eine anhaltende Verknappung wichtiger Güter.

Landwirtschaft 3.0

Landwirte müssen effizienter und produktiver werden, gleichzeitig aber Kosten einsparen. Die intelligente Vernetzung von Menschen, Tieren und Geräten ist der Weg.

Digitalisierung in der Landwirtschaft

Die Agrartechnik sieht sich in der Verantwortung, die Qualität des landwirtschaftlichen Anbaus aufrechtzuerhalten, die Effizienz zu steigern und gleichzeitig Ressourcen zu schonen. Die Digitalisierung der Landwirtschaft wird von Landwirten voran getrieben. Sie nutzen vermehrt Agribots für flächenspezifisches Precision Farming sowie zur Überwachung der Böden mit vernetzten Sensoren. Die automatisierte Überwachung der Tiergesundheit wird ebenfalls mit Sensoren realisiert.

Precision Farming & Precision Livestock Farming

Auf der Grundlage von akkuraten Bestandsdaten gehen Landwirte von flächendeckenden Verfahren zur Aussaat, Düngung, Beiwuchsvernichtung oder Bewässerung zu präzisen Verfahren über. Die genaue Position für die Materialausbringung wird mit Drohnen oder anhand von GIS-Daten bestimmt. Vernetzte Geräte wie z.B. eine Sämaschine, ein Sprühgerät oder ein Düngerstreuer werden genau darüber informiert, wo und in welchen Mengen die Produkte ausgebracht werden müssen.

Durch Präzision werden Kosten gespart und die Böden weniger mit Schadstoffen belastet. Das Pendant dazu in der Tierhaltung ist die Überwachung von Tieren mit Tracking-Halsbändern und Sensoren.

Daten zur Körpertemperatur, Nahrungsaufnahme, Krankheiten und mehr ermöglichen es den Menschen, den Gesundheits- und Ernährungszustand der Tiere zu erkennen und ihr gesundes Wachstum mit präzisen Eingriffen zu gewährleisten.

Smart Irrigation

Die Kombination von Boden- und Wetterüberwachung aus der Ferne mit automatischen Bewässerungssteuerungssystemen stellt eine effiziente Bewässerung sicher. Untersuchungen zeigen, dass Wassereinsparungen von 30-50 Prozent erzielt werden können. Die Bewässerung wird präzise an die Bedürfnissen der Pflanzen angepasst. Erträge auf den Feldern werden gesteigert und Kosten gesenkt, indem die Ressource Wasser nachhaltiger und schonender genutzt wird.

Agribots

Agribots sind autonome und teilautonome Roboter für den Einsatz in der Landwirtschaft. Unbemannte Traktoren, Unkrautvernichter, Pflanzmaschinen, Pflückroboter und Drohnen zählen dazu. Ein unbemannter Traktor und eine intelligente Pflanzmaschine können die Kosten eines Landwirts um 60 Prozent senken. Ein Unkrautvernichter beispielsweise identifiziert zuerst das Unkraut über eine Kamera. Dann vernichtet er es entweder durch die gezielte Ausbringung eines Herbizids oder mit Elektroschock. Drohnen erfüllen eine wichtige Funktion, indem sie Patrouille fliegen und dabei Daten über Pflanzen und Tiere sammeln.

Ein Agribot mit Greifarmen bei der Pflege von Salatpflanzen im Gewächshaus.

Ein vollautomatischer Futteranschieber schiebt auf vordefinierten Routen zu bestimmten Zeiten das Futter zu den Kühen.

IoT-Komponenten

IoT-Netzwerke im Überblick

Die in der Landwirtschaft üblichen IoT-Anwendungen basieren auf drahtlosen Sensornetzwerken. Sie bestehen aus den Komponenten: Sensoren, Sensorknoten, Funkübertragung und Datenverarbeitung. Mögliche Varianten beinhalten RFID und Fernerkundungsdienste als Datengrundlage.

Wichtigste Komponenten: Sensoren

Die gängigsten Messfelder für IoT-Sensoren sind die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Bodenfeuchte und Bewässerungszustand. Biosensoren werden im Tier-Monitoring eingesetzt und messen Antikörper, Enzyme, Nukleinsäuren oder bestimmte Zellen. Neueste Entwicklungen in der Sensorik weisen in Richtung eingebetteter, intelligenter, integrierter und miniaturisierter Sensoren.

Aufbauend auf den Sensordaten entwickeln Landwirte ein Verständnis der Wirkungszusammenhänge auf ihren Feldern und in ihren Viehbeständen. Im zweiten Schritt kann die Produktivität dann durch optimierte Abläufe auf der Basis der Sensordaten gesteigert werden.

Vernetzung und Datenübertragung

Die Information aus den Sensoren wird an Sensorknoten (Nodes) und von dort weiter übertragen. Als Übertragungstechnologien kommen Wireless Wide Area Network (WWAN), WLAN, BLE, Zigbee oder LoRaWAN in Frage. Alle Übertragungsmethoden werden derzeit schon genutzt.

Forscher prognostizieren, dass die Hauptrichtung der landwirtschaftlichen Sensornetzwerke in Zukunft LPWAN (vertreten durch LoRa und NBIoT) sein wird. Ergänzt wird LPWAN durch 4G und 5G, um die Übertragung großer Dateien wie landwirtschaftlicher Bilder und Audiodateien zu ermöglichen.

Sensoren

Temperatur
Bodenbeschaffenheit
Luftfeuchte
Bodenfeuchte
Bewässerung
Luftdruck
Licht
pH-Wert