Deutscher Bundestag Drucksache 3218dip21.bundestag.de/dip21/btd/16/032/1603218.pdf · Precision Agriculture (PA) ist ein innovatives informa-tionsgeleitetes Managementkonzept der

Deutscher Bundestag Drucksache 16/321816. Wahlperiode 01. 11. 2006

Berichtdes Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung (18. Ausschuss) gemäß § 56a der Geschäftsordnung

Technikfolgenabschätzung (TA)

TA-Projekt: Moderne Agrartechniken und Produktionsmethoden – ökonomische und ökologische Potenziale

2. Bericht: Precision Agriculture

I n h a l t s v e r z e i c h n i s

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Vorwort des Ausschusses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

I. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91. Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92. Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93. Aufbau des Berichtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

II. Definition und Komponenten von Precision Agriculture . . . . . . . 111. Kontext . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112. Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133. Verfahren und Komponenten – Ein Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144. Datenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165. Datenmanagement- und Beratungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226. Applikations- und Navigationstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247. Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

III. Anwendungsfelder von Precision Agriculture . . . . . . . . . . . . . . . . 261. Bodenbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262. Aussaat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273. Düngung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284. Pflanzenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315. Ernte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346. Automatische Spurführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367. Dokumentation und Rückverfolgbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368. Stand von Forschung und Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379. Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Drucksache 16/3218 – 2 – Deutscher Bundestag – 16. Wahlperiode

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IV. Ökonomische Aspekte von Precision Agriculture . . . . . . . . . . . . . 411. Einflussfaktoren auf Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422. Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433. Betriebsmitteleinsparungen und Mehrerträge . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484. Wirtschaftlichkeit auf Betriebsebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525. Diffusion und Akzeptanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576. Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

V. Ökologische Aspekte von Precision Agriculture . . . . . . . . . . . . . . 611. Umweltentlastungspotenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612. Resistenzmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643. Integration von Arten- und Biotopschutzzielen . . . . . . . . . . . . . . . . . 644. Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

VI. Nachhaltigkeitspotenziale von Precision Agriculture . . . . . . . . . . 661. Ziele einer nachhaltigen Entwicklung in der Landwirtschaft . . . . . . 662. Operationalisierung von Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft . . . . . 723. Einfluss von Precision Agriculture auf wesentliche Nachhaltigkeits-

defizite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764. Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

VII. Handlungsmöglichkeiten und Einfluss der Agrarpolitik . . . . . . . 851. Forschungsbereich Technikentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852. Forschungsbereich Datenmanagement, Entscheidungsfindung,

Dokumentation und Systemanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873. Einfluss agrarpolitischer Rahmenbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 884. Förderung der Anwendung und Diffusion von Precision

Agriculture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911. In Auftrag gegebene Gutachten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 912. Weitere Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 981. Tabellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 982. Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Deutscher Bundestag – 16. Wahlperiode – 3 – Drucksache 16/3218

Vorwort des AusschussesDer Anbau und die Nutzung von Pflanzen sind auch in einem hoch industrialisiertenLand wie der Bundesrepublik Deutschland elementare Grundlage der menschlichenExistenz. Von der Art und Weise des landwirtschaftlichen Anbaus gehen vielfältigeökologische Wirkungen auf die landwirtschaftlich genutzten Flächen und die umge-benden Naturräume sowie ökonomische und soziale Wirkungen auf die in der Land-wirtschaft tätigen Menschen und die gesamte Gesellschaft aus.

Das Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) hat imAuftrag des Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung,u. a. auf Vorschlag des Ausschusses für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucher-schutz, in den vergangenen Jahren in mehreren Projekten Zukunftsperspektiven und-potenziale der Landwirtschaft und zugehöriger Technik- und Anwendungsbereicheuntersucht. Es liegen Berichte über die Entwicklungstendenzen bei Nahrungsmittel-angebot und -nachfrage (Bundestagsdrucksachen 15/1673 bis 1675 vom 10. Oktober2003) und zur Grünen Gentechnik vor (Bundestagsdruckssache 16/1211 vom7. April 2006).

Der hier vorgelegte Bericht „Precision Agriculture“ ist einer von zwei Abschlussbe-richten eines durch den Ausschuss für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucher-schutz angeregten TA-Projektes „Moderne Agrartechniken und Produktionsmetho-den – ökonomische und ökologische Potenziale“.

Der zweite Bericht behandelt das Thema „Alternative Kulturpflanzen und Anbauver-fahren“. Ziel des Gesamtprojektes war es zu untersuchen, welche Beiträge moderneAgrartechniken und Produktionsmethoden für eine nachhaltige Landbewirtschaftungleisten können. Der Teilbericht „Precision Agriculture“ beschreibt und analysiert denaktuellen Stand von Forschung, Entwicklung und Anwendung einer teilflächenspezi-fischen, an Standort und Pflanzenbestand angepassten Bewirtschaftung, die neuePotenziale erschließt und Umweltbelastungen verringert. Er diskutiert detailliertmögliche ökonomische und ökologische Auswirkungen von Precision Agricultureund zeigt die daraus resultierenden potenziellen Beiträge zur Erreichung von Nach-haltigkeitszielen auf.

Aufgrund des frühen Entwicklungsstadiums einzelner Verfahren von Precision Agri-culture existieren erhebliche Wissenslücken, so dass sich ein wesentlicher Teil der indem Bericht vorgestellten Handlungsmöglichkeiten auf Fragen des bestehenden undzukünftigen Forschungs- und Entwicklungsbedarfs beziehen. Hierdurch erhalten dieErgebnisse der Analyse neben der agrar- und umweltpolitischen auch forschungs-politische Relevanz.

Der Deutsche Bundestag erhält mit diesem Bericht eine aktuelle und umfassende In-formationsgrundlage für die zukünftige parlamentarische Befassung mit diesemagrar-, umwelt- und forschungspolitisch bedeutenden Themenfeld.

Berlin, den 26. September 2006

Der Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung

Ulla Burchardt, MdBAusschussvorsitzende

Axel E. Fischer, MdBBerichterstatter

Swen Schulz, MdBBerichterstatter

Uwe Barth, MdBBerichterstatter

Dr. Petra Sitte, MdBBerichterstatterin

Hans-Josef Fell, MdBBerichterstatter


Zusammenfassung

Der Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfol-genabschätzung hatte im Juni 2003 beschlossen, das TABmit einem TA-Projekt zum Thema „Moderne Agrartech-niken und Produktionsmethoden – ökonomische und öko-logische Potenziale“ zu beauftragen. Aufbauend auf ei-nem Vorschlag des Ausschusses für Verbraucherschutz,Ernährung und Landwirtschaft sowie auf Anregungen ausdem Berichterstatterkreis für TA, sollte in diesem TA-Projekt untersucht werden, welche ökonomischen undökologischen Potenziale Precision Agriculture für einenachhaltige Landbewirtschaftung bereitstellen könnte.

Der Bericht zu „Precision Agriculture“ bildet den zweitenTeil der abschließenden Berichterstattung zum TA-Projekt„Moderne Agrartechniken und Produktionsmethoden –ökonomische und ökologische Potenziale“. Zuvor wurdeder Teilbericht „Alternative Kulturpflanzen und Anbau-verfahren“ vorgelegt.

Problemstellung

Die Untersuchung moderner Produktionsmethoden sollzum einen anhand agrartechnischer Entwicklungen imBereich Precision Agriculture, zum anderen mit Blick aufneue Entwicklungen bei alternativen Kulturpflanzen undAnbauverfahren erfolgen. Zielsetzung ist es, politischeGestaltungsmöglichkeiten im Bereich Forschungs- undTechnologiepolitik, der Agrarumweltpolitik sowie deragrarpolitischen Rahmenbedingungen herauszuarbeiten.

Während mit der Nutzung alternativer Kulturpflanzenund Anbauverfahren vor allem ein Beitrag zum Erhalt derAgrobiodiversität geleistet werden soll, stehen bei Preci-sion Agriculture die teilflächenspezifische, an Standortund Pflanzenbestand angepasste Bewirtschaftung und diedamit verbundenen neuen Potenziale, die Umweltbelas-tungen durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaß-nahmen – insbesondere durch die bedarfsgerechte Aus-bringung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln – zuverringern, im Vordergrund.

Definition und Komponenten

Precision Agriculture (PA) ist ein innovatives informa-tionsgeleitetes Managementkonzept der pflanzlichen Pro-duktion, das auf verschiedenen neuen oder weiterentwi-ckelten Technologien aufbaut. Dazu zählen insbesonderesatellitengestützte Ortungssysteme, Sensortechnologienzur Datenerfassung sowie Geoinformationssysteme. MitPA können innerhalb einer Ackerfläche vorhandene,kleinräumig variierende Bodenverhältnisse und Eigen-schaften des Pflanzenbestands erfasst und anhand dieserInformationen mit speziellen Systemen der Informations-auswertung sowie geeigneter Gerätetechnik die pflanzen-baulichen Maßnahmen räumlich und mengenmäßig präzi-ser als bisher gestaltet werden. In Abhängigkeit von derzeitlichen Beziehung zwischen Datenerfassung, Entschei-dungsfindung und Bewirtschaftungsmaßnahme wird beiden PA-Verfahren grundsätzlich unterschieden zwischenOfflineverfahren (Kartieransatz), Onlineverfahren (Sen-

soransatz) und der Kombination von Offline- und Online-verfahren (Sensoransatz mit Kartenüberlagerung).

– Bei Offlineverfahren besteht zwischen Datenerfassung,Erstellung des Maschinenauftrags und Durchführungder Bewirtschaftungsmaßnahme kein unmittelbarerzeitlicher Zusammenhang. Sie können eingesetzt wer-den, wenn die Merkmale, auf deren Beeinflussung dieBewirtschaftungsmaßnahme abzielt, relativ stabilsind, wie z. B. bei der Phosphatdüngung. Die Erfas-sung von Boden- und Pflanzendaten sowie ihre Um-setzung in Applikationskarten sind vielfach erprobtund prinzipiell praxisreif. Einschränkungen ergebensich teilweise durch den Arbeitsaufwand (z. B. beimanueller Bestimmung des Unkrautvorkommens)oder die anfallenden Kosten (z. B. für Bodenbepro-bungen und -analysen). Die entscheidenden Schwach-stellen der Offlineverfahren liegen bei der aufwendi-gen Verwaltung und Analyse großer Datenmengen,bei der Dateninterpretation und Entscheidungsfindungmit Hilfe von Regeln oder geeigneten Modellen sowiebei der Erstellung von Applikationskarten, die hinrei-chend genau und kostengünstig produzierbar sind.

– Onlineverfahren werden eingesetzt, wenn es sich umschnell ändernde Produktionsfaktoren (z. B. denStickstoffbedarf der Kulturpflanzen) handelt und einezeitnahe Arbeitserledigung erforderlich ist. Dabeiwerden die relevanten Merkmale (z. B. die Stickstoff-versorgung des Pflanzenbestands) anhand von opti-schen, mechanischen oder biochemischen Eigenschaf-ten des Pflanzenbestands indirekt auf dem Feld erfasstund die entsprechende Maßnahme (z. B. die Stick-stoffdüngerapplikation) wird unmittelbar daran gekop-pelt ausgeführt. Die wesentlichen Schwachstellen vonOnlineverfahren sind die hinreichend genaue und kos-tengünstige Datenerfassung mittels Sensoren, die fürviele Anwendungsbereiche noch im Stadium der For-schung und Entwicklung steckt, und die bislang unzu-reichende Berücksichtigung maßnahmenunabhängigerEinflüsse (z. B. Bodenwasservorrat) und Störgrößen(z. B. Belichtungsverhältnisse). Eine weitere Schwach-stelle sind – wie bei den Offlineverfahren auch – diez. T. nicht hinreichend genauen oder fehlenden pflan-zenbaulichen Regeln zur Interpretation der erfasstenSensordaten und zur Ableitung gesicherter Entschei-dungsalgorithmen für die (semi)automatische Umset-zung von Sensordaten in Bewirtschaftungsmaßnah-men.

Anwendungsfelder

Anwendungsfelder für die informationsgeleitete Pflan-zenproduktion mit PA finden sich in allen wesentlichenArbeitsschritten des ackerbaulichen Produktionsprozes-ses. Weitere Einsatzgebiete sind die satellitengestützteSpurführung mit visuellen Lenkhilfen oder Autopilotsys-temen sowie die vereinfachte, umfassende und räumlichwie zeitlich differenzierte Dokumentation der durchge-führten Maßnahmen. Für einige Arbeitsschritte gibt esbereits marktreife Verfahren zur Umsetzung einer teilflä-chenspezifischen Bewirtschaftung. Dazu zählt die teilflä-


chenspezifische Stickstoffdüngung mit Onlineansätzenunter Verwendung von optoelektronischen Sensoren(z. B. Yara N-Sensor®) oder dem CROP-Meter (auchPendelsensor genannt). Der Stickstoffsensor wird inDeutschland auf rund 400 000 ha – dies entspricht ca.3,4 Prozent der Ackerfläche – eingesetzt, hauptsächlichin den neuen Bundesländern, ansatzweise aber auch inNiedersachsen und Schleswig-Holstein.

Zur selektiven Unkrautbekämpfung sind erste Verfahrenbis zur Praxisreife entwickelt worden. Ein Beispiel ist die„sehende“ Feldspritze, die Art und Menge der Ungräserund Unkräuter erkennen und diese von den Kulturpflan-zen unterscheiden kann, und die in der Lage ist, bis zudrei Wirkstoffe gleichzeitig auszubringen und die Auf-wandmenge dem Befallsdruck anzupassen. Zur teilflä-chenspezifischen Ausbringung von Fungiziden (und auchvon Wachstumsreglern) eignet sich der CROP-Meter, deranhand indirekter Merkmale (Dichte des Pflanzenbe-stands) auf die Notwendigkeit einer Behandlung schließt.Weitere sensorgestützte Ansätze zur indirekten und direk-ten Erkennung von Pilzkrankheiten sind in der Entwick-lung.

Im Bereich der satellitengestützten Spurführung sind ver-schiedene visuelle Lenkhilfen sowie Autopilotsystemeauf dem Markt und es wird mit weiteren Neuentwicklun-gen gerechnet. Die Vielzahl an Anbietern deutet daraufhin, dass die Vorteile der dadurch grundsätzlich verrin-gerten Belastung des Fahrers, der zusätzlich möglichenArbeitseinsätze (z. B. bei Nebel) sowie der potenziellenKostenreduktion (z. B. durch Vermeidung von Überlap-pungen bei der Bodenbearbeitung) bei den Landwirtenauf großes Interesse stoßen.

Die Ertragskartierung gehört zu den PA-Verfahren mitdem derzeit größten Verbreitungsgrad, ist aber eher einVerfahren zur Gewinnung teilflächenspezifischer Infor-mationen als eine eigentliche Anwendung. Sie stellt – ins-besondere, wenn diese zukünftig durch die Onlineerfas-sung der Qualität des Ernteguts mittels Nahinfrarot-Spektroskopie ergänzt wird – ein Qualitätskontrollsystemdar, das in Kombination mit teilflächenspezifischerBewirtschaftung eine Optimierung des Produktionspro-zesses ermöglichen könnte. Durch die Nutzung von Er-tragspotenzialkarten zur teilflächenspezifischen Aussaatkönnen bei klassischen Reihenkulturen (z. B. Mais) undhohen Saatgutkosten positive Effekte erzielt werden. BeiGetreide ist aufgrund seiner Bestockungsfähigkeiten dieteilflächenspezifische Aussaat – von Trockenlagen abge-sehen – für eine breite Anwendung jedoch eher fraglich.Dennoch bieten Sämaschinenhersteller ihre Geräte auchmit PA-Ausrüstung an.

Einige weitere PA-Anwendungen wurden ebenfalls biszur Praxisreife entwickelt, ohne dass sich bislang jedocheine breitere Anwendung abzeichnet. Hierzu gehört dieteilflächenspezifische Grunddüngung mit Phosphat undKalium. In der Entwicklung befindliche Sensoransätzekönnten dazu beitragen, den hierfür derzeit erforderlichenhohen Aufwand für Bodenbeprobungen und Bodenanaly-sen auf ein praktikables Niveau zu senken. Die Vorteil-haftigkeit des Verfahrens ist allerdings aufgrund des bei

diesen Nährstoffen angewandten Prinzips der Vorratsdün-gung schwierig zu beurteilen. Es könnte zukünftig aberaufgrund der knapper und damit teurer werdenden Phos-phatressourcen an Bedeutung gewinnen. ZunehmendesInteresse könnte auch der Einsatz von PA zur Regulie-rung von Bodenversauerung durch teilflächenspezifischeKalkung erlangen. Für die teilflächenspezifische Anpas-sung der Bodenbearbeitungstiefe existiert ein Verfahren,das von einem Gerätehersteller vermarktet wird. In derPraxis spielt diese PA-Technik bislang jedoch keineRolle, obwohl sie bei entsprechender Standortheterogeni-tät signifikante Kraftstoffeinsparungen ermöglichenkönnte.

Auch der ökologische Landbau bietet Anwendungsfelderfür PA. Hier sind v. a. PA-Techniken zur mechanischenbzw. thermischen Unkrautregulierung und die teilflächen-spezifische Ausbringung organischer Dünger – die teilflä-chenspezifische Ausbringung von Gülle wird zurzeit invon der Deutschen Bundesstiftung Umwelt finanziertenFeldversuchen getestet – von Interesse. Die sensorgesteu-erte Querhacke ist eine bis zur Marktreife entwickeltePA-Anwendung zur Unkrautregulierung. Wegen zu hoherKosten und zu geringer Schlagkraft gelangte sie aller-dings bislang nicht in die kommerzielle Fertigung. Auchder Einsatz von PA zur teilflächenspezifischen Ernte(z. B. von Qualitätsgetreide) sowie zur Dokumentationbetrieblicher Maßnahmen stellen für den ökologischenLandbau attraktive Optionen dar. Weiterführende Aussa-gen zu PA-Anwendungen im Ökolandbau finden sich imTAB-Hintergrundpapier Nr. 12 („Stand und Perspektivendes Einsatzes von moderner Agrartechnik im ökologi-schen Landbau“).

Stand der Forschung

In Deutschland sind zahlreiche Hochschulen und privateUnternehmen in der Forschung zu PA engagiert. Mehrereerfolgreiche Verbundprojekte wurden in den vergangenenJahren durchgeführt, und einige neue Projekte wurden ge-startet (z. B. das BMBF-Verbundprojekt preagro II).Auch auf europäischer Ebene wurden in den vergangenenJahren Projekte zu PA gefördert; insgesamt jedoch warendie eingesetzten Mittel relativ bescheiden. Außerhalb Eu-ropas wird z. T. intensive Forschung mit unterschiedli-chen Schwerpunkten betrieben. Während in den USA dieReduzierung des Einsatzes von Dünger und Pflanzen-schutzmitteln im Vordergrund steht, erwartet man in Ja-pan, dass PA einen Beitrag zur Behebung der strukturbe-dingten Probleme der Landwirtschaft leisten wird.

Ökonomische Aspekte

Eine Wirtschaftlichkeit von PA-Anwendungen ist danngegeben, wenn der Mehrerlös aufgrund von Betriebsmit-teleinsparungen und höheren Erträgen die durch Anschaf-fung und Verwendung der PA-Technik anfallendenAusgaben übersteigt. Während die Kosten für die Da-tenerfassung und Entscheidungsmodelle sowie dieApplikations- und Navigationstechnik bekannt sind undrelativ genau beziffert werden können, lässt sich der Nut-zen von PA-Verfahren nur grob abschätzen, da er von


verschiedenen, teilweise nicht beeinflussbaren Faktoren(z. B. Witterungsverlauf) abhängig ist und die zu erwar-tenden Effekte je nach Bewirtschaftungsschritt, feldinter-ner Standortheterogenität, angebauter Kulturpflanze undProduktionsintensität unterschiedlich ausfallen.

Durch eine teilflächenspezifische Stickstoffdüngung kannder Mineraldüngeraufwand auf heterogenen Feldern imDurchschnitt um etwa 7 Prozent bzw. 14 kg N/ha redu-ziert werden, bei konstanten oder um bis zu 6 Prozent hö-heren Erträgen. Im Bereich der Grunddüngung und Kal-kung sind ebenfalls Einsparungen beim Düngereinsatzmöglich, mit nennenswerten Ertragseffekten wird dage-gen nicht gerechnet. Auch im Pflanzenschutz führt derEinsatz von PA zu positiven Ergebnissen: Bei der Aus-bringung von Herbiziden können im Durchschnitt rund50 Prozent der Aufwandmenge (Spanne von 10 bis90 Prozent) eingespart werden. Ebenso scheinen bei derFungizidapplikation mit dem CROP-Meter Einsparungenin der Größenordnung von 10 bis 20 Prozent realisierbar;ähnliches dürfte für die Ausbringung von Wachstumsreg-lern gelten. Hinweise auf deutliche Einsparungen imKraftstoffbedarf gibt es bei der teilflächenspezifischenBodenbearbeitung. Bei der teilflächenspezifischen Aus-saat sind positive Effekte (gleicher Ertrag bei reduzierterSaatstärke) bei Reihenkulturen (z. B. Mais) möglich. Zuden ökonomischen Effekten einer visuell unterstützendenoder automatischen Spurführung liegen bislang keine Er-gebnisse vor. Es kann jedoch davon ausgegangen werden,dass durch Reduktion der üblicherweise auftretendenÜberlappungen bei der Bodenbearbeitung und Ausbrin-gung organischer Dünger Einsparungen von Betriebsmit-teln möglich sind.

Da die Wirtschaftlichkeit teilflächenspezifischer Maßnah-men von den jeweiligen Produktionsbedingungen abhän-gen, sind sie nicht ohne Weiteres verallgemeinerbar.Grundsätzlich gilt jedoch, dass PA-Anwendungen um soeher die Wirtschaftlichkeitsschwelle erreichen, je größerdie bewirtschafteten Flächen und je heterogener dieStandortbedingungen sind. Gegenwärtig ist die teilflä-chenspezifische Applikation von Stickstoff und Phosphatsowie von Herbiziden und Wachstumsreglern in Winter-weizen erst dann wirtschaftlich, wenn nennenswerteBetriebsmitteleinsparungen erzielt oder die Investitions-kosten für PA-Anwendungen (oder die Datenerfassung)deutlich gesenkt und Einsatzflächen von mehreren hun-dert ha/Jahr erreicht werden können. Die durchschnitt-liche landwirtschaftliche Betriebsgröße umfasst imVergleich dazu nur rund 50 ha. Bei einer geringen be-trieblichen Flächenausstattung können PA-Verfahren nurbei überbetrieblicher Organisation des Maschineneinsat-zes wirtschaftlich eingesetzt werden.

Akzeptanz

Die in der Praxis hauptsächlich eingesetzten PA-Verfah-ren sind die Flächenvermessung, die Bodenbeprobungund die Ertragskartierung, alles Verfahren die der Infor-mationsgewinnung dienen. Im Gegensatz dazu werdenPA-Verfahren, die die gewonnenen Informationen in teil-flächenspezifische Bewirtschaftungsmaßnahmen umset-

zen (z. B. die teilflächenspezifische Stickstoffdüngung),deutlich weniger häufig eingesetzt. Spurführungssystemeauf der Grundlage satellitengestützer Ortungssystemewerden bereits von jedem vierten PA-Nutzer (bei denLohnunternehmern ist es jeder zweite PA-Nutzer) ange-wandt.

PA wird insbesondere von jungen, gut ausgebildetenLandwirten mit überdurchschnittlich großer Flächenaus-stattung sowie in betriebsübergreifenden Bewirtschaf-tungsformen (z. B. Maschinengemeinschaft) eingesetzt.Die durchschnittliche Betriebsgröße von PA-Nutzernliegt zwischen 1 080 ha (2001) und 904 ha (2005). We-sentliche Gründe für den Einsatz sind der zu erwartendeErkenntnisgewinn über die Produktionsstandorte und diedadurch größere Entscheidungssicherheit sowie ökono-mische Motive. Allerdings erwarten die meisten Land-wirte Gewinnsteigerungen erst nach einer Einarbeitungs-und Anwendungsphase von fünf bis zehn Jahren.

Der überwiegende Teil der Landwirte hat zurzeit nicht dieAbsicht, in PA zu investieren, was angesichts der schwie-rigen und unsicheren wirtschaftlichen Rahmenbedingun-gen in der Landwirtschaft, die generell kein günstigesKlima für Neuinvestitionen schaffen, nicht verwunderlichist. Die ablehnende Haltung zu PA wurzelt darüber hinausin unzureichenden Kenntnissen über die Effekte von PAsowie in fehlenden konkreten Praxisempfehlungen. Wei-tere Akzeptanzhemmnisse sind fehlende technische Nor-men bei Geräteschnittstellen, Bedenken bezüglich derFunktionalität und Zuverlässigkeit der Technik und Be-fürchtungen hinsichtlich des Zeitbedarfs für Einarbei-tung, Managementaufgaben und Weiterbildung. DieseUnsicherheiten führen dazu, dass bei Neuanschaffungendie Wahl zuerst auf solche Verfahren und Techniken fällt,mit denen eine schlagkräftigere und rasch kostensen-kende Produktion bei möglichst geringem Arbeitsauf-wand möglich ist. PA ist dagegen eher mit schwer ab-schätzbaren Mehrerlösen sowie einem anfänglichhöheren Managementaufwand verbunden und erfordertein gutes informationstechnisches Verständnis.

Ökologische Wirkungen

Ökologisch positive Effekte können durch verschiedenePA-Anwendungen erzielt werden. Mit der differenziertenmineralischen Stickstoffdüngung können i. d. R. Dünger-einsparungen bei gleich bleibenden oder sogar höherenErträgen erzielt werden. Auch durch die teilflächenspezi-fische Bodenbearbeitung und Aussaat können durch diedamit verbundene Verringerung des Treibstoff- und Saat-gutverbrauchs positive Umweltauswirkungen erreichtwerden. Die größten Reduktionen bei den Aufwandmen-gen ergeben sich durch die differenzierte Applikation vonPflanzenschutzmitteln. Die ausgebrachten Mengen – ins-besondere bei Herbiziden – können im Durchschnitt umdie Hälfte verringert werden. Der Einsatz von PA in derBekämpfung von Unkräutern und Pilzbefall könnte auchzur Verbesserung der Wirksamkeit des Resistenzmanage-ments beitragen, da hierdurch eine innerhalb der Felderräumlich differenzierte Mittelanwendung möglich wäre.


Grundsätzlich könnten PA-Techniken auch zur Erbrin-gung von Leistungen für den Arten- und Biotopschutz inder Agrarlandschaft eingesetzt werden, beispielsweisedurch das gezielte Aussparen sensibler Bereiche bei derAusbringung von Pflanzenschutzmitteln zum Schutzkleinräumiger Biotope in der Agrarlandschaft, die Be-rücksichtigung spezieller Habitatansprüche und die Ein-haltung von Nutzungsauflagen (z. B. Abstandsauflagen inder Nähe von Fließgewässern).

Nachhaltigkeitspotenziale

Die Einordnung von PA in den Kontext nachhaltiger Ent-wicklung in der Landwirtschaft zeigt, dass PA zur Errei-chung verschiedener ökologischer Nachhaltigkeitszielegewisse Beiträge leisten kann. So ist es möglich, durcheine mineralische Düngung mit PA lokale Stickstoff- bzw.Phosphatüberschüsse abzubauen. Allerdings ist dabei zubedenken, dass die flächenspezifischen Stickstoff- undPhosphorbilanzen reiner Ackerbaubetriebe überwiegendausgeglichen sind und die Probleme zu hoher Stickstoff-und Phosphorsalden insbesondere in Gebieten mit regio-nal verdichteten Tierbeständen und hohem Aufkommenan Wirtschaftsdünger auftreten. PA-Verfahren für dieAusbringung organischer Dünger sind aber erst in derEntwicklung und ändern auch nichts an der Ursache desProblems, das insbesondere aus einer regional verdichte-ten, intensiven Tierhaltung resultiert.

Die hohen Reduktionspotenziale beim Einsatz von PA imPflanzenschutz zeigen, dass PA zur Erreichung des vonder Agrarministerkonferenz vom März 2005 beschlosse-nen Ziels, den Aufwand an Pflanzenschutzmitteln in dennächsten zehn Jahren um 15 Prozent zu reduzieren, bei-tragen kann. Da die in Deutschland insgesamt ausge-brachte Menge an Pflanzenschutzmitteln vom Getreide-anbau (auf 59 Prozent der Ackerfläche) bestimmt wird,könnte dieser Beitrag jedoch eher bescheiden ausfallen,sofern es nicht gelingt, PA-Verfahren für den Pflanzen-schutzmitteleinsatz in Getreide zu entwickeln. Zwar gibtes in der Forschung entwickelte Verfahren zur teilflächen-spezifischen Herbizidapplikation in Getreide, diese sindjedoch noch nicht praxisreif.

Durch die Nutzung von PA in der Bodenbearbeitungkönnten grundsätzlich der Treibstoffverbrauch und dieGefahr von Bodenerosion bzw. -verdichtung verringertund so Beiträge zur Erreichung wichtiger Nachhaltig-keitsziele geleistet werden. Verglichen mit alternativenVerfahren, wie der konservierenden Bodenbearbeitung,wären die Effekte der Anwendung von PA zur räumlichdifferenzierten Bodenbearbeitung jedoch deutlich gerin-ger. Allerdings ist noch unklar, ob einige positive Effekteder konservierenden Bodenbearbeitung (z. B. Förderungder Bodenfruchtbarkeit) durch den Einsatz von PA gestei-gert werden könnten.

Ein weiteres Nachhaltigkeitsziel ist der Erhalt der Arten-vielfalt in der Agrarlandschaft. Da der Einsatz von PA zueiner – im Sinne einer Gewannebewirtschaftung ggf.auch virtuellen – Vergrößerung der Felder genutzt werden

kann, sind hierdurch unerwünschte Auswirkungen aufden Erhalt von Flora und Fauna in der Agrarlandschaftmöglich. Technisch wäre es machbar, schützenswertekleinräumige Bereiche in der Agrarlandschaft zu identifi-zieren und mit PA restriktiv zu bewirtschaften oder sieganz aus der Nutzung zu nehmen. In der Praxis scheitertder Einsatz von PA zum Schutz von Biotopen jedoch da-ran, dass es methodisch schwierig ist, Teilflächen be-stimmte Schutzziele zuzuordnen. Entsprechende einfacheEinstufungssysteme für die landwirtschaftliche Praxiswerden zurzeit erprobt. Hier stellt sich aber die Frage, obes nicht einfachere und kostengünstigere Wege (z. B. spe-zielle Agrarumweltprogramme) gibt, um die Ziele erhöh-ter Lebensraumvielfalt und Artenvorkommen in der agra-risch genutzten Landschaft zu erreichen.

Für die ökologische Dimension nachhaltiger Landbewirt-schaftung lässt sich zusammenfassend festhalten, dass PAverschiedene Umweltentlastungspotenziale besitzt, dieseaber begrenzt sind: Erstens ist die erforderliche PA-Tech-nik für einen großflächigen Einsatz noch nicht verfügbar(z. B. fehlen PA-Verfahren zur Herbizidapplikation in Ge-treide, der wichtigsten Kulturpflanze in Deutschland),zweitens stehen die PA-Verfahren in Konkurrenz zu ande-ren Technologien (z. B. Verfahren der konservierendenBodenbearbeitung) oder Bewirtschaftungsweisen (z. B.Ökolandbau) und drittens können die bestehenden Nach-haltigkeitsdefizite der Landwirtschaft nur teilweise durchden Einsatz moderner Technik behoben werden (z. B.Nährstoffüberschüsse aufgrund regional konzentrierterintensiver Tierhaltung).

Betrachtet man die ökonomischen Wirkungen von PA, sostellt sich dies unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten kri-tisch dar, da von PA-Anwendungen – wie bei vielen dieEffizienz steigernden Techniken – langfristig arbeits-platzmindernde Wirkungen ausgehen können. Da derEinsatz von PA mit zunehmender Betriebsgröße wirt-schaftlicher wird, könnte eine verstärkte Nutzung dieserTechnologie auch zu einer Beschleunigung des Struktur-wandels in der Landwirtschaft führen. In den nächstenJahren dürften PA-Anwendungen dagegen zu einem zu-nächst höheren Managementaufwand führen und somitmittelfristig einen etwas höheren, mindestens aber glei-chen Arbeitskräftebedarf erfordern wie die flächenein-heitliche Bewirtschaftung. Außerdem dürften durch denmit PA-Anwendungen verbundenen Bedarf an Aus- bzw.Weiterbildungskapazitäten sowie „IT-Support“ sowohl inder Landwirtschaft als auch im Dienstleistungssektorpositive Arbeitsplatzeffekte verknüpft sein.

Die mit dem Einsatz von PA verbundenen positiven Bei-träge zu einer ökologisch nachhaltigen Landwirtschaftund zur Sicherung und Aufwertung von Arbeitsplätzen inder Landwirtschaft und im ländlichen Raum dürften ins-gesamt eher bescheiden ausfallen, wenn sich an den wirt-schaftlichen Rahmenbedingungen nichts ändert oderkeine speziellen Anreize für die Anwendung von PA inder Praxis geschaffen werden, da ansonsten auch zukünf-tig nur von einer eher geringen Diffusion von PA-Anwen-dungen ausgegangen werden muss. Wie groß die Beiträge


von PA zur Erreichung einer nachhaltigen Landwirtschaftinsgesamt sein könnten, hängt u. a. vom Umfang be-stehender feldinterner Standortheterogenitäten auf derlandwirtschaftlich genutzten Fläche, den angebauten Kul-turpflanzen und der Produktionsintensität ab; hierzu lie-gen jedoch keine Untersuchungen vor.

Handlungsmöglichkeiten: Forschung und Entwicklung

Trotz der bisherigen Forschungsanstrengungen existierenbeim gegenwärtigen Stand der Technik zum teilflächen-spezifischen Pflanzenbau noch verschiedene ungelöstetechnische, fachliche und methodische Herausforderun-gen, die eine rasche und breite Praxiseinführung von PAverhindern. Forschungsbedarf besteht insbesondere beider Entwicklung von Onlineverfahren der vereinfachtenBodenanalyse, weil hierdurch die Wirtschaftlichkeit derteilflächenspezifischen Grunddüngung verbessert wer-den kann. Bei der Weiterentwicklung von Sensorsyste-men zur teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung er-scheint es empfehlenswert, einen Schwerpunkt auf dieEntwicklung von Verfahren zur Berücksichtigung vonStörgrößen (z. B. Belichtungsverhältnisse) und anderenEinflüssen (z. B. Bodenwasservorrat, Pilzbefall) auf diemit Sensoren erfassbaren Pflanzenparameter zu legen. ImPflanzenschutz besteht Forschungsbedarf zur Entwick-lung geeigneter, kostengünstiger Sensoren, die in derReihe einerseits zwischen Kultur- und Unkrautpflanzenund andererseits zwischen Unkräutern und Ungräsernhinreichend sicher unterscheiden können. Dafür geeig-nete Systeme befinden sich in der Entwicklung, sind aberfür eine Herbizidapplikation noch nicht marktreif. UmPA-Verfahren zukünftig auch zur selektiven Bekämpfungvon Pflanzenkrankheiten einsetzen zu können, müsstenVerfahren zur eindeutigen und kostengünstigen, automa-tisierten Erkennung von Pilzbefall im Anfangsstadiumund praktikable Entscheidungsmodelle zur Fungizid-applikation entwickelt werden.

Der ökologische Landbau wird in bestimmten Anwen-dungsfeldern von der Forschung zu PA profitieren kön-nen, die gegenwärtig vorwiegend auf die Anforderungender konventionellen Landwirtschaft ausgerichtet ist. Um-gekehrt könnte jedoch auch die konventionelle Landwirt-schaft aus einer Forschung zu PA Nutzen ziehen, die An-liegen des Ökolandbaus mit berücksichtigt. Dies giltinsbesondere für die Entwicklung von PA-Anwendungenzur mechanischen Unkrautregulierung und zur Ausbrin-gung von Wirtschaftsdünger.

Zur besseren Umsetzung der mit PA-Verfahren erfasstenBoden- und Pflanzenparameter in teilflächenspezifischeBewirtschaftungsmaßnahmen wäre eine Weiterentwick-lung von Modellen zur Entscheidungsfindung und vonAlgorithmen zur Steuerung der Applikationstechnik wün-schenswert. Weiterer Forschungsbedarf besteht darin zuklären, ob der Einsatz von PA ein geeignetes Instrumentwäre zur effizienten Erfüllung der umfassenden und inder Zukunft weiter steigenden Nachweis- und Aufzeich-nungspflichten in der Landwirtschaft.

Handlungsmöglichkeiten: Nachhaltigkeits- und Folgenanalysen

Um verlässlichere Aussagen zu den möglichen Beiträgenvon PA zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen machenzu können sind Analysen zur Abschätzung erforderlich,in welchen Regionen Deutschlands aufgrund von feldin-ternen Standortheterogenitäten und entsprechenden Be-triebsstrukturen PA sinnvoll eingesetzt werden könnte.Forschungsbedarf besteht auch bei der Entwicklung vonSzenarien zum Einsatz von PA (in Deutschland und derEU) unter zukünftigen agrarpolitischen Rahmenbedin-gungen und zur Abschätzung der damit verknüpften öko-nomischen, agrarstrukturellen, ökologischen und sozialenFolgewirkungen auf sektoraler Ebene. Das Grundpro-blem von Nachhaltigkeitsabschätzungen landwirtschaftli-cher Maßnahmen dagegen ist PA-unspezifisch und einübergreifendes Forschungsdesiderat: Hier bedarf es derWeiterentwicklung geeigneter Kenngrößen, Ziele und In-dikatoren zur Messung nachhaltiger ökonomischer undsozialer Entwicklung in der Landwirtschaft.

Einfluss der Agrarpolitik auf die Diffusion von PA

Die Liberalisierung der Agrarmärkte und die vollständigvon der Produktion entkoppelten Direktbeihilfen führentendenziell zu sinkenden Preisen für Agrarprodukte undteilweise zu geringeren Betriebseinkommen bei gleich-zeitig eher steigenden Preisen für Betriebsmittel. In die-sem zunehmend schwierigen wirtschaftlichen Umfeldsind die Landwirte an der Erschließung neuer, lukrative-rer Absatzmärkte (z. B. Erzeugung von Bioenergie) sowiean Techniken und Verfahren interessiert, die zu einer Sen-kung der Produktionskosten oder einer Erhöhung derArbeitsleistung und damit zu einer Verbesserung derWirtschaftlichkeit führen. Vor diesem Hintergrund sehengegenwärtig viele Betriebe davon ab, in neue Technikenwie PA zu investieren, da diese einen zusätzlichen Kapi-taleinsatz und anfänglich einen erhöhten Management-aufwand erfordern und nur bedingt zur raschen Verbesse-rung der Betriebseinkommen beitragen können.

Dennoch könnte der Einsatz von PA als IT-basiertes land-wirtschaftliches Managementsystem zukünftig auf größe-res Interesse stoßen, weil PA zur Erfüllung umfassenderund möglicherweise weiter steigender Dokumentations-pflichten herangezogen werden kann und weil mit PAKostensenkungs- und Ertragssteigerungspotenziale iden-tifiziert und realisiert werden können. Des Weiterenkönnten PA-Techniken auch in arbeitssparende, extensi-vere Anbauverfahren (z. B. teilflächenspezifische Bear-beitungsintensität oder -tiefe bei der konservierenden Bo-denbearbeitung) integriert werden, was bei ausreichendniedrigen Anschaffungspreisen zu wirtschaftlichen Vor-teilen insbesondere für große Betriebe führen könnte.Wenn außerdem zukünftig PA-Techniken angeboten wür-den, die weitestgehend eine Automatisierung der PA-spe-zifischen Arbeitsabläufe gewährleisten, so könnten dieseTechniken auch unter zunehmendem Wirtschaftlichkeits-druck und wachsenden Anforderungen an den Umwelt-schutz und die Dokumentation landwirtschaftlicher Pro-


duktionsprozesse für mehr landwirtschaftliche Betriebewirtschaftlich interessant werden.

Handlungsmöglichkeiten: Diffusion von PA

Das Wissen über PA sollte in der Meisterausbildung undder studentischen Ausbildung an Fachhochschulen undUniversitäten fest verankert werden. Auch im Bereich derlandwirtschaftlichen Beratung und Weiterbildung bestehtBedarf an Förderung der Kenntnisse über PA. Die Diffu-sion von PA könnte z. B. durch einen Investitionszu-schuss für innovative Produktionsverfahren gefördertwerden. Außerdem könnten die Verbreitung und dauer-hafte Etablierung von PA-Anwendungen sowohl durchMaßnahmen zur Verteuerung umweltbelastender Be-triebsmittel als auch durch entsprechende Vorschriftenzum Umgang mit diesen Betriebsmitteln bzw. zur räum-lich und zeitlich differenzierten Dokumentation der Maß-nahmen gefördert werden.

I. Einleitung

Der Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfol-genabschätzung hatte im Juni 2003 beschlossen, das TABmit einem TA-Projekt zum Thema „Moderne Agrartech-niken und Produktionsmethoden – ökonomische und öko-logische Potenziale“ zu beauftragen. Aufbauend auf ei-nem Vorschlag des Ausschusses für Verbraucherschutz,Ernährung und Landwirtschaft sowie Anregungen ausdem Berichterstatterkreis, sollte in diesem TA-Projekt un-tersucht werden, welche Beiträge moderne Agrartechni-ken und Produktionsmethoden für eine nachhaltige Land-bewirtschaftung leisten können.

Das TA-Projekt gliedert sich in zwei Teilbereiche: Zumeinen sollte die Untersuchung im Bereich „PrecisionAgriculture“ ansetzen und die damit verbundenen innova-tiven agrartechnischen Entwicklungen und Anwendungenuntersuchen. Zum anderen sollte die Nutzung alternativerKulturpflanzen (z. B. Leindotter) und Anbauverfahren(z. B. Mischfruchtanbau bei Körnerfrüchten) betrachtetwerden. Zielsetzung beider Berichte ist es, den aktuellenStand der Forschung und Entwicklung darzustellen sowiedie Potenziale und Perspektiven hinsichtlich einer nach-haltigen Entwicklung in der Landwirtschaft aufzuzeigen.Darüber hinaus sollten die politischen Gestaltungsmög-lichkeiten in der Forschungs- und Technologiepolitik, derAgrarumweltpolitik sowie der agrarpolitischen Rahmen-bedingungen dargestellt werden.

Der Bericht zu „alternativen Kulturpflanzen und Anbau-verfahren“ wurde bereits vorgelegt (TAB 2005). Eswurde ein Überblick zur Nutzung alternativer Kultur-pflanzen und Anbauverfahren in der Erzeugung von Nah-rungsmitteln als auch nachwachsender Rohstoffe zurstofflichen oder energetischen Nutzung erarbeitet unddarauf aufbauend untersucht, welche davon geeignet sind,im Rahmen einer nachhaltigen Landwirtschaft inDeutschland unter den Bedingungen der Neuausrichtungder europäischen Agrarpolitik neue ökonomische undökologische Potenziale zu erschließen.

Der vorliegende Bericht zu „Precision Agriculture“ bildetden zweiten Teil der abschließenden Berichterstattungzum TA-Projekt „Moderne Agrartechniken und Produk-tionsmethoden – ökonomische und ökologische Poten-ziale“.

1. Zielsetzung

Neben dem integrierten Pflanzenschutz, der angepasstenDüngung und der konservierenden Bodenbearbeitungwird zunehmend auch Precision Agriculture als ein Wegzur nachhaltigen Entwicklung der konventionellen Land-wirtschaft in Deutschland angesehen. Precision Agricul-ture zielt darauf ab, pflanzenbauliche Maßnahmen räum-lich differenziert an den jeweiligen Zustand des Standortsund des Pflanzenbestands anzupassen und so die Umwelt-belastungen durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungs-maßnahmen zu verringern, begrenzte Ressourcen zuschonen und die Wirtschaftlichkeit der Betriebe zu ver-bessern. Erwartet wird, dass Precision Agriculture insbe-sondere zu nennenswerten Einsparungen bei Dünge- undPflanzenschutzmitteln führen wird oder durch bessereAusschöpfung des Produktionspotenzials von Standortund Pflanzenbestand Mehrerträge und damit eine höhereEffizienz landwirtschaftlicher Produktion erreicht werdenkönnen.

Im TA-Teilprojekt „Precision Agriculture“ (PA) wurden,ausgehend von einer Erhebung des aktuellen Stands undder Perspektiven in Forschung und Entwicklung, die öko-nomischen und ökologischen Auswirkungen von PA-Techniken abgeschätzt und die Akzeptanz von PA bzw. dieFaktoren, die die Diffusion von PA hemmen, dargestellt.Danach wurden die PA-Anwendungen in den Kontexteiner nachhaltigen Entwicklung der deutschen Landwirt-schaft eingeordnet. Abschließend wurden Handlungs-möglichkeiten in den Bereichen Forschung und Entwick-lung aufgezeigt. Des Weiteren wurden der Einflussagrarpolitischer Rahmenbedingungen auf die Verbreitungund Nutzung von PA diskutiert sowie Wege zur Förde-rung der Diffusion von PA aufgezeigt.

2. Vorgehensweise

Im Herbst 2003 wurde das TA-Projekt über Stand undPerspektiven des Einsatzes moderner Techniken und Pro-duktionsmethoden in der Landwirtschaft begonnen. Auf-grund der Breite des Themenfeldes fokussierte das TABdie Fragestellung auf den Einsatz von modernen Verfah-ren und Techniken in der pflanzenbaulichen Produktion.Im Mittelpunkt des Projekts steht die innovative Entwick-lung der PA.

Weil der ökologische Landbau nach Meinung verschiede-ner Interessensgruppen und Wissenschaftler am ehestenden Vorstellungen einer nachhaltigen Landwirtschaft ent-spricht und deshalb eine besondere Förderung erfahrenhat, sollte im Rahmen dieses TA-Projekts auch gezielt un-tersucht werden, wie die Technikentwicklung und derTechnologiebedarf im ökologischen Landbau aussehenund welchen Beitrag PA hier zu einer nachhaltigen Ent-wicklung der Landbewirtschaftung leisten kann. In der


Anfangsphase des TA-Projekts wurden deshalb zwei Gut-achten zum Thema „Technologiebedarf und Technikent-wicklung im ökologischen Landbau“ vergeben:

– „Technologiebedarf und Technikentwicklung imökologischen Landbau“ an Prof. Dr. J. Hahn,Dr. H. Hoffman, Dr. J. Borgman; Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät der Humboldt-Universität zuBerlin;

– „Expertenbefragung zum Technologiebedarf und zurTechnikentwicklung im ökologischen Landbau“ anDr. U. Zerger, M. Zehr; Stiftung Ökologie & Landbau,Bad Dürkheim.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden im TAB-Hintergrundpapier Nr. 12 veröffentlicht (TAB 2004).

Der Untersuchungsbereich „Precision Agriculture“ wurdein vier Themenbereiche strukturiert, die über die folgen-den Gutachten erschlossen wurden:

– „Stand und Perspektiven von Precision-Agriculture-Techniken“ an Dr. D. Ehlert, Dr. habil. K.-H. Dammer,Dr. H. Domsch, Dr. E. Kramer, Dr. H.-R. Langner,Dipl.-Ing. J. Schwarz, Dipl.-Ing. (FH) K. Witzke,Dipl.-Ing. R. Adamek, ATB – Institut für AgrartechnikBornim e.V., Abteilung Technik im Pflanzenbau, Pots-dam;

– „Ökonomische Aspekte von Precision Agriculture“und „Auswirkungen von Precision Agriculture auf Na-tur und Umwelt“ an Dr. O.A. Strecker, Dr. sc. agr.Ch. Kliebisch, AFC Consultants International GmbH,Bonn; Prof. Dr. Dr. h. c. Alois Heißenhuber, Dipl.-Ing.agr. Markus Gandorfer, Dr. rer. nat. Andreas Meyer-Aurich, Lehrstuhl für Wirtschaftslehre des Landbaues,TU München, Freising-Weihenstephan;

– „Einordnung von Precision Agriculture in Strategienzur Erreichung einer nachhaltigen Landwirtschaft“ anDr. A. Werner, Prof. Dr. O. Christen, Müncheberg/Markkleeberg.

Auf der Basis dieser vier Gutachten ist vom TAB der vor-liegende Teilbericht „Precision Agriculture“ erstellt wor-den. Viele Literaturverweise wurden aus den Gutachtenübernommen. Eine Kommentierung des Berichtsentwurfsdurch die Gutachter ist erfolgt. Den Gutachterinnen undGutachtern sei herzlich für ihre Arbeit und ihre Koopera-tionsbereitschaft gedankt. Die Verantwortung für dieAuswahl und Interpretation der Ergebnisse aus den Gut-achten liegt ausdrücklich bei den Autoren des vorliegen-den Berichtes.

3. Aufbau des BerichtesIm Kapitel II – Definition und Komponenten – wird er-läutert, in welchem Kontext die Entwicklung von PAerfolgt. Dabei wird auf die Betriebsstrukturen, die Ar-beitsproduktivität, die Wettbewerbsfähigkeit und die Um-weltprobleme der Landwirtschaft sowie die Fortschritte inder Informationstechnik eingegangen. Anschließend wer-den die verschiedenen Definitionen von PA vorgestellt undbegründet, warum PA als teilflächenspezifische Bewirt-

schaftung betrachtet wird. Nach einem Überblick über diegrundsätzlichen Verfahrensschritte bei der teilflächenspezi-fischen Bewirtschaftung werden die Datenerfassung, dasDatenmanagement sowie die Entscheidungsfindung undschließlich die Applikations- und Navigationstechnikausführlich dargestellt. In Abhängigkeit von der zeitli-chen Beziehung zwischen Informationsgewinnung undBewirtschaftungsmaßnahme wird zwischen Offline- undOnlineverfahren unterschieden, und es werden deren un-terschiedlichen Anforderungen an die einzelnen Verfah-rensschritte aufgezeigt.

Kapitel III gibt einen Überblick über die Anwendungsfel-der von PA von der Bodenbearbeitung über die Aussaat,die Düngung, den Pflanzenschutz und die Ernte bis zurautomatischen Spurführung. Dabei werden sowohl solcheVerfahren behandelt, die bereits eine gewisse Verbreitungin der Praxis gefunden haben, als auch Anwendungen, diesich noch im Stadium der Forschung und Entwicklungbefinden. Anschließend werden die Einsatzmöglichkeitenvon PA für eine umfassende, detaillierte Dokumentationder landwirtschaftlichen Produktion diskutiert sowie derStand der nationalen, europäischen und außereuropäi-schen Forschung im Bereich PA dargestellt.

Im Kapitel IV werden die ökonomischen Wirkungen vonPA behandelt. Zunächst werden die Einflussfaktoren aufdie Wirtschaftlichkeit von PA dargestellt und quantifizier-bare Kostenpositionen aufgeführt, um eine Einschätzungihres Gewichts in der Wirtschaftlichkeitsanalyse von PA-Verfahren zu ermöglichen. Es folgt eine Darstellung desmöglichen Nutzens von PA-Anwendungen aufgrund vonBetriebsmitteleinsparungen oder Mehrerträgen für die re-levanten Anwendungsfelder von PA. Danach werden aufder Basis dieser Informationen und der Annahme plausib-ler Werte für Kosten- und Nutzenpositionen Modellrech-nungen vorgestellt, die darüber Aufschluss geben sollen,ab welcher Betriebsgröße bestimmte PA-Anwendungenwirtschaftlich wären. Des Weiteren wird in diesem Kapi-tel die Frage nach der Akzeptanz von PA in der Landwirt-schaft behandelt.

Die ökologischen Wirkungen von PA werden im Kapitel Vuntersucht. Zunächst werden die Umweltentlastungs-potenziale abgeschätzt, die als Folge der Nutzung vonPA-Technologien bei verschiedenen Bewirtschaftungs-maßnahmen auftreten können. Anschließend wird dieEignung von PA zum Resistenzmanagement bzw. zur In-tegration von Arten- und Biotopschutzzielen diskutiert.

Im Kapitel VI werden die Nachhaltigkeitspotenziale vonPA dargestellt. Zuerst wird ein Überblick über den aktuel-len Stand der Nachhaltigkeitsdebatte gegeben. Dann wer-den die diskutierten Ziele einer nachhaltigen Entwicklungder Landwirtschaft auf der nationalen, europäischen undaußereuropäischen Ebene herausgearbeitet. Anschließendwerden die im wissenschaftlichen und politischen Umfelddiskutierten ökologischen Indikatoren einer nachhaltigenEntwicklung der Landwirtschaft dargestellt. Da die Ent-wicklung von Zielen und Indikatoren einer ökonomischund sozial nachhaltigen Landwirtschaft in Deutschlandnoch am Anfang steht, wird die Einordnung von PA indiesen Kontext nur angerissen. Anschließend werden die


Beiträge der einzelnen PA-Anwendungen zur Verringe-rung von Nachhaltigkeitsdefiziten in der deutschen Land-wirtschaft diskutiert. Zu den betrachteten ökologischenNachhaltigkeitsdefiziten zählen der Stickstoffüberschuss,der Phosphatverbrauch und der Phosphateintrag in Ober-flächengewässer, die Anwendung von Pflanzenschutzmit-teln, der Verbrauch fossiler Energieträger, die Beeinträch-tigungen von Bodenfunktionen und der Verlust anBiodiversität. Bei den Auswirkungen von PA auf die öko-nomisch und sozial nachhaltige Entwicklung der Land-wirtschaft beschränken sich die Aussagen auf Einkom-mens- und Beschäftigungseffekte.

Abschließend werden im Kapitel VII Handlungsmöglich-keiten in den Bereichen Forschung und Entwicklung auf-gezeigt. Des Weiteren werden der Einfluss agrarpoliti-scher Rahmenbedingungen auf die Diffusion von PA undWege zur Förderung der Diffusion von PA diskutiert.

II. Definition und Komponenten von Precision Agriculture

Das folgende Kapitel beginnt mit einer Erläuterung desKontextes, in dem die Entwicklung von PA erfolgt. An-schließend werden die verschiedenen Definitionen vonPA vorgestellt, und es wird begründet, warum in diesemBericht PA im Sinne einer teilflächenspezifischen Bewirt-schaftung betrachtet wird. Nach einem Überblick über diegrundsätzlichen Verfahrensschritte bei der teilflächenspe-zifischen Bewirtschaftung werden die Datenerfassung,das Datenmanagement und die Entscheidungsfindungund schließlich die Applikations- und Navigationstechnikdiskutiert. In Abhängigkeit von der zeitlichen Beziehungzwischen Informationsgewinnung und Bewirtschaftungs-maßnahme wird zwischen Offline- und Onlineverfahrenunterschieden, und es werden deren unterschiedlichenAnforderungen an die einzelnen Verfahrensschritte darge-stellt.

1. Kontext

Die Veränderungen in der landwirtschaftlichen Betriebs-struktur und Arbeitsorganisation, der ständige Zwang zurErhöhung der pflanzenbaulichen Effizienz zur Sicherungder Wettbewerbsfähigkeit der Landwirtschaftsbetriebe,die steigenden gesellschaftlichen und rechtlichen Anfor-derungen hinsichtlich einer umweltverträglichen Landbe-wirtschaftung sowie die allgemeinen Fortschritte in derInformationstechnik stellen wesentliche Aspekte desKontextes dar, in dem die Entwicklung von teilflächen-spezifischen Bewirtschaftungskonzepten bzw. PA erfolgt.

Wandel der Betriebsstrukturen

Die Agrarstruktur in Deutschland unterlag in den letzenJahrzehnten einem deutlichen Wandel. Im früherenBundesgebiet hat der Strukturwandel zu einer wachsen-den Konzentration der landwirtschaftlichen Produktion inimmer weniger Betrieben geführt. Bewirtschafteten imJahr 1949 noch rund 1,79 Millionen Betriebe (früheresBundesgebiet) eine Fläche von 13,3 Mio. ha, so gab es inDeutschland (gesamt) im Jahr 2004 nur noch rund

372 000 landwirtschaftliche Betriebe, die eine Fläche voninsgesamt rund 17 Mio. ha bewirtschafteten (Bundes-regierung 2005; Statistisches Bundesamt 2003).

Die Folge dieser Entwicklung sind zunehmende Betriebs-größen. Die durchschnittliche Flächenausstattung je Be-trieb (ab 2 ha landwirtschaftlicher Fläche [LF]) betrug imJahr 2004 mehr als 45 ha, dagegen im Jahr 1949 nur9,6 ha. Die Haupterwerbsbetriebe, die rund 77 Prozentder LF bewirtschaften, verfügten 2004 über eine durch-schnittliche Betriebsgröße von 51,4 ha LF. Betrachtetman das frühere Bundesgebiet und die neuen Länder ge-trennt, dann ergibt sich eine Durchschnittsgröße je Be-trieb (ab 2 ha LF) im Jahr 2001 im früheren Bundesgebietvon 29,1 ha LF und in den neuen Ländern von 197,2 haLF (Bundesregierung 2005; Statistisches Bundesamt2003). Die Wachstumsschwelle, unterhalb derer die Zahlder Betriebe abnimmt bzw. oberhalb derer sie zunimmt,liegt für das Jahr 2004 bei etwa 75 ha LF (Bundesregie-rung 2005). Dies bedeutet, dass der Trend zu immerweniger Betrieben mit immer größerer Betriebsfläche un-gebrochen weitergeht. Mit der steigenden Flächenausstat-tung der landwirtschaftlichen Betriebe ist oftmals aucheine zunehmende Größe der bewirtschafteten Felder ver-bunden.

Die einzelbetriebliche Flächenaufstockung erfolgt über-wiegend über die Zupacht von meist durch Betriebsauf-gaben verfügbar gewordenen Flächen. Tendenziell ver-ringert sich dadurch der Anteil der „Eigenflächen“,währenddessen der Anteil an Pachtflächen immer größereBedeutung gewinnt. Diese Entwicklung zeigt der seit Jah-ren steigende und inzwischen schon recht hohe Pachtflä-chenanteil an den bewirtschafteten Flächen: Gegenwärtig(2004) liegt dieser in Deutschland bei durchschnittlichrund 64 Prozent und in den neuen Ländern bei rund85 Prozent (BMVEL 2004a). Die Folge dieser Entwick-lungen ist, dass die Landwirte einen zunehmenden Anteilvon Flächen bewirtschaften, deren feldspezifische Beson-derheiten, Bewirtschaftungshistorie und Abgrenzungenhomogener Teilbereiche innerhalb eines Feldes ihnenkaum bekannt sind. Die verstärkte Erledigung von Ar-beitsgängen durch landwirtschaftliche Dienstleister oderLohnarbeitskräfte kann darüber hinaus ebenfalls zu Infor-mationsdefiziten über Standortheterogenitäten führen.

Mit zunehmenden Feldgrößen erhöht sich die Wahr-scheinlichkeit für das Auftreten unterschiedlicher natürli-cher Standortbedingungen innerhalb eines Feldes. Darausdarf aber nicht geschlussfolgert werden, dass kleinereFelder generell homogener sind. Entscheidend für einehohe Variabilität sind große Standortunterschiede (z. B.Sand- und Tonbereiche oder trockene Kuppen und ver-nässte Senken) innerhalb eines Feldes. Diese könnenauch innerhalb kleiner Felder auftreten. So ergab bei-spielsweise eine Untersuchung von Feldern in Flandernmit einer durchschnittlichen Feldgröße von 1,7 ha, dassauch diese für eine örtlich differenzierte Bewirtschaftunggenügend heterogen sind (van Meirvenne 2003, nachEhlert et al. 2004, S. 20). Allerdings liegen keine flächen-deckenden Informationen für Deutschland über die Hete-rogenität von landwirtschaftlich genutzten Flächen vor.


Erhöhung der Arbeitsproduktivität und der Produktionsanforderungen

In den letzten 50 Jahren hat sich die Zahl der in der Land-wirtschaft Beschäftigten drastisch reduziert. Da die land-wirtschaftlich genutzte Fläche sich im gleichen Zeitraumnur unwesentlich verringerte, sank die Zahl der Arbeits-kräfte je Flächeneinheit in ähnlich drastischer Weise. Imfrüheren Bundesgebiet betrug z. B. im Jahr 1970 die An-zahl der geleisteten Arbeitskräfteeinheiten (AKE) nochca. 1,5 Millionen Im Jahre 2004 waren es nur noch ca.0,57 Millionen AKE (Bundesregierung 2005; Statisti-sches Bundesamt 2003). Mit diesem Rückgang ist gleich-zeitig verbunden, dass immer weniger Arbeitskräfte dieFlächen bewirtschaften sowie Informationen erfassen undumsetzen müssen. Werden keine zusätzlichen Möglich-keiten zur Informationsbeschaffung eingeleitet, kann einRückgang der flächenspezifischen Informationsdichteeintreten (Ehlert et al. 2004, S. 19).

Mit der Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeiten und Flä-chenleistungen der Landmaschinen wird dieses Problemzusätzlich verstärkt, da den menschlichen Wahrnehmungs-möglichkeiten und Merkfähigkeiten zur Berücksichtigungkleinräumig variierender Produktionsbedingungen Gren-zen gesetzt sind. Vor allem aber können auf großen Flä-chen wegen fehlender Orientierungsmöglichkeiten orts-spezifische Merkmale nur unzureichend berücksichtigtwerden (Ehlert et al. 2004, S. 19 f.).

Gleichzeitig steigen die Anforderungen der „guten fachli-chen Praxis“ im Pflanzenbau. So sollen beispielsweise imintegrierten Landbau die verschiedenen Ackerbau-,Pflanzenernährungs- und Pflanzenschutzverfahren gutaufeinander abgestimmt werden, bei Berücksichtigungsowohl des züchterischen und technischen Fortschritts alsauch der natürlichen Begrenzungsfaktoren, um einenlangfristig sicheren betriebswirtschaftlichen Erfolg zu ga-rantieren (Alsing 1993, nach Ehlert et al. 2004, S. 6).Außerdem wird davon ausgegangen, dass die Anforde-rungen an eine räumlich und zeitlich differenzierte Doku-mentation der Bewirtschaftungsmaßnahmen zukünftigdeutlich steigen werden.

Kostendruck durch internationalen Wettbewerb

Die deutsche und europäische Landwirtschaft stehen auf-grund niedriger Weltmarktpreise für Agrarprodukte undder verschiedenen Neuordnungen der GemeinsamenAgrarpolitik (GAP) unter einem permanenten Kosten-druck. Landwirtschaftliche Betriebe nutzen zur Erhaltungbzw. Verbesserung ihrer Wettbewerbsfähigkeit nicht nurdas Betriebsgrößenwachstum, sondern versuchen ebensoihre Produktionsverfahren effizienter zu gestalten.

In der Pflanzenproduktion bedeutet dies, mit unverändertemProduktionsmitteleinsatz höhere Erträge zu erzielen, oderbei gleich bleibendem Ertragsniveau zu Produktionsmittel-einsparungen zu gelangen. Die Einsparung von Betriebs-mitteln, Maschinen- und Arbeitszeit ist also eine wichtigeZielsetzung in den landwirtschaftlichen Betrieben. Einebessere Anpassung der Betriebsmittelaufwendungen an dienatürlichen Gegebenheiten der Standorte und die tatsächli-chen Bedürfnisse der Nutzpflanzen hat daher zunehmend

an Aufmerksamkeit und Bedeutung gewonnen, um dieKosten in der Pflanzenproduktion zu senken.

Umweltpolitische Zielsetzungen

Die Landwirtschaft hat über Jahrhunderte das Bild unse-rer Kulturlandschaft geprägt. Über die Hälfte (54 Pro-zent) der Gesamtfläche Deutschlands wird landwirt-schaftlich genutzt. Allein daraus wird die Bedeutung derLandwirtschaft für die Umwelt deutlich. Das Verhältniszwischen den vielfältigen Erscheinungsformen der natürli-chen Umwelt und den unterschiedlichen landwirtschaftli-chen Nutzungsformen basiert auf einem System komplexerInterdependenzen. Die in der Landwirtschaft angewand-ten Anbauverfahren stehen jedoch nicht immer im Ein-klang mit der Bewahrung der Schutzgüter Boden, Wasserund Luft. Die Landwirtschaft ist vielmehr ein wichtigerVerursacher von Belastungen der Ökosysteme und derReduzierung der Biodiversität.

Die nationalen Stickstoffbilanzsalden befinden sich aufeinem Niveau, das mit mehr als 100 kg N/ha/Jahr den ausumweltpolitischen Gesichtspunkten akzeptablen Wertdeutlich übersteigt. Bei den phosphathaltigen Düngernwerden die Politiken zur Begrenzung von Phosphateinträ-gen in Oberflächengewässer trotz abnehmendem Ver-brauch als unzureichend beurteilt. Der Pflanzenschutz-mitteleinsatz in der Landwirtschaft stagniert auf hohemNiveau. Hinsichtlich der Auswirkungen der Landwirt-schaft auf den Arten- und Biotopschutz wird – neben derim Durchschnitt nach wie vor hohen Produktionsintensi-tät – zunehmend die Aufgabe von bestimmten landwirt-schaftlichen Nutzungsformen beklagt, die für bestimmtePflanzen- und Tierarten von besonderer Bedeutung sind.Schließlich führt die Landbewirtschaftung teilweise zuBeeinträchtigungen der natürlichen Bodenfunktionen bei-spielsweise durch Bodenverdichtungen und -erosion so-wie durch den Eintrag von Nährstoffen und Pestizidrück-ständen (SRU 2004).

Umweltpolitische Zielsetzungen sind seit einiger Zeit in-tegrierter Bestandteil der Gemeinsamen Agrarpolitik(GAP) der EU ebenso wie der agrarpolitischen Gestal-tung auf Bundes- und Länderebene. Eine umweltverträg-lichere Gestaltung von pflanzenbaulichen Produktions-prozessen stellt daher eine kontinuierliche Aufgabe fürdie Landwirtschaft dar.

Fortschritte der Informationstechnik

Mit der zivilen Nutzbarkeit satellitengestützter Ortung,vorrangig in Form des zunächst militärisch ausgelegtenGlobalen Positionierungssystem (GPS) der USA, bestandseit Beginn der 1990er Jahre die Möglichkeit, bei derMessung raumbezogener Größen, etwa zur landwirt-schaftlichen Flächennutzung, die Verortung relativ güns-tig und mit hoher Genauigkeit vorzunehmen. Damit wareine entscheidende Grundlage für die technische Realisie-rung von teilflächenspezifischen Bewirtschaftungskon-zepten gegeben (Stafford/Ambler 1994). Mit der Nutzungvon Ortungssystemen zur Fahrzeugnavigation – um eineverbesserte Führung von Landmaschinen zu erreichen –wird darüber hinaus ein weiteres Anwendungsfeld er-schlossen.


Wichtige Voraussetzungen für die Entwicklung von PAwaren darüber hinaus Verbesserungen bei sensorbasiertenSystemen zur Datenerfassung sowie der allgemeine Fort-schritt in der Informations- und Kommunikationstechnik.Dazu gehört u. a. die Verfügbarkeit von leistungsfähigenPersonalcomputern, die große Datenmengen verarbeitenund speichern können, die Entwicklung von Geografi-schen Informationssystemen (GIS), die Fortschritte beiBildverarbeitungsprogrammen und Neuentwicklungenbei der elektronischen Maschinensteuerung. Diese Inno-vationen haben in der Regel zunächst außerhalb derLandwirtschaft stattgefunden und sind dann für landwirt-schaftliche Nutzungen angepasst und weiterentwickeltworden.

2. Definition

Die Entwicklung von PA seit Beginn der 1990er Jahre ba-siert im Wesentlichen auf einem Zusammenwirken vonsatellitengestützten Positionierungs-, Geoinformations-systemen sowie Neuentwicklungen in den Bereichen Sen-sortechnik und Maschinensteuerung. Mit Kombinationendieser Technologien soll eine Optimierung der Pflanzen-produktion erreicht werden, von der Anbauplanung überdie Bodenbearbeitung, Aussaat und Düngung sowie denPflanzenschutz bis hin zur Ernte.

Neben der Bezeichnung „Precision Agriculture“ existie-ren zahlreiche weitere Bezeichnungen, die synonym zuPA verwendet werden oder starke Überschneidungen auf-weisen. Im deutschsprachigen Raum werden Begriffe wie

teilflächenspezifische Bewirtschaftung, Teilflächenbe-wirtschaftung, kleinräumige Bestandsführung und lokalesRessourcenmanagement verwendet. Im englischsprachi-gen Raum sind Begriffe wie „precision farming“, „site-specific farming“, „farm by the foot“, „spatially-variablecrop production“ und „grid farming“ gebräuchlich. Allediese Begriffe werden an Stelle von PA verwendet oderenthalten Kernaspekte daraus (Ehlert et al. 2004, S. 22).Eine präzise und weitgehend anerkannte Definition vonPA gibt es dementsprechend nicht.

PA wird allerdings zunehmend als „Ausgangspunkt undzukünftig wesentliche Teilmenge der sich allgemein ab-zeichnenden informationsgeleiteten Pflanzenproduktion“verstanden (Werner/Jarfe 2002, nach Ehlert et al. 2004,S. 3). Demzufolge wird PA nicht ausschließlich als Tech-nologie zur Berücksichtigung von Standortunterschiedenbetrachtet. Vielmehr werden Fragen der gesamten Pro-zesskettengestaltung, des Informationsmanagements unddes Umwelt- und Naturschutzes mit einbezogen (Werner/Jarfe 2002, nach Ehlert et al. 2004, S. 22). Dergestaltstellt die informationsgeleitete Pflanzenproduktion lang-fristig ein komplexes, EDV-gestütztes Managementsys-tem für den gesamten landwirtschaftlichen Betrieb dar(Auernhammer 2004; Werner/Christen 2004). Diesesbeinhaltet die Bereiche Betriebsmanagement durch auto-matische Datenerfassung, Bestandsmanagement mit ent-sprechender teilflächenspezifischer Bewirtschaftung,Maschinenmanagement in Form eines Flotten- und Ar-beitsmanagements durch den Einsatz von Feldrobotik undderen Dokumentation (Abb. 1).

A b b i l d u n g 1

Teilbereiche des Präzisen Ackerbaus

Quelle: nach Auernhammer 2002, geändert


In diesem Bericht wird der Schwerpunkt auf die teilflä-chenspezifische Bewirtschaftung gelegt und diese verein-fachend mit PA gleichgesetzt, da erstens nach verbreiteterAuffassung die teilflächenspezifische Bewirtschaftungden Kernbereich von PA darstellt und zweitens nur mit ei-nem so abgegrenzten Untersuchungsbereich die Bear-beitbarkeit des TA-Teilprojekts gewährleistet werdenkonnte. Unter teilflächenspezifischer Bewirtschaftungversteht man ein Managementsystem zur Produktion vonpflanzlichen Erzeugnissen unter Berücksichtigung klein-räumig vorhandener Heterogenitäten bei Boden- undPflanzenparametern (Ehlert 1994, nach Ehlert et al. 2004,S. 23). Bereits die Nutzung einzelner PA-Komponenten(z. B. die Ertragskartierung) wird als teilflächenspezifi-sche Bewirtschaftung bezeichnet. Häufig werden jedochmehrere Module miteinander kombiniert (z. B. Er-tragskartierung und teilflächenspezifische Stickstoffdün-gung).

3. Verfahren und Komponenten – Ein Überblick

Das Grundprinzip von PA besteht darin, die Bewirtschaf-tungsmaßnahmen an den kleinräumigen Gegebenheitenauf der Anbaufläche auszurichten. Bestehen beispiels-weise innerhalb eines Feldes signifikante Unterschiede inder Nährstoffversorgung des Bodens, in der Verteilungdes Unkrautvorkommens oder im Krankheitsbefall derPflanzen, so sollen die Düngung bzw. die Pflanzenschutz-maßnahme an diese Heterogenitäten präzise angepasstwerden. Voraussetzung für solche teilflächenspezifischenMaßnahmen ist, dass die Heterogenitäten des Standorts

bzw. des Kulturpflanzenbestands erfasst und in entspre-chend differenzierte Maßnahmen umgesetzt werden kön-nen. Die grundsätzlichen Arbeits- bzw. Verfahrensschrittevon PA-Anwendungen sind:

– Datenerfassung,

– Datenmanagement- und Beratungssysteme auf der Ba-sis von Entscheidungsregeln und -modellen,

– Informationsumsetzung im Sinne von Daten- und Ent-scheidungsanwendung in der Applikationstechnik.

In Abhängigkeit von der zeitlichen Beziehung zwischenInformationsgewinnung und Bewirtschaftungsmaß-nahme lassen sich drei grundsätzliche PA-Verfahrensty-pen (Tab. 1) unterscheiden:

– Offlineverfahren (Kartieransatz),

– Onlineverfahren (Sensoransatz),

– Kombination von Online- und Offlineverfahren (Sen-soransatz mit Kartenüberlagerung).

Bei Offlineverfahren erfolgen die Datenerfassung, dieDateninterpretation (mit der Erstellung des Maschinen-auftrags) und die Durchführung der Bewirtschaftungs-maßnahme als getrennte Arbeitsschritte. Zwischen ihnenbesteht kein unmittelbarer zeitlicher Zusammenhang. Füreine teilflächenspezifische Maßnahme wird auf Daten zu-rückgegriffen, die bereits vor der Durchführung der Maß-nahme vorliegen, etwa in Form von Bodenkarten oder Er-tragskarten. Offlineverfahren sind insbesondere dannvorteilhaft, wenn der Maschinenauftrag unter Verwen-

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grundsätzliche PA-Verfahrenstypen

Quelle: nach Ludowicy et al. 2002, S. 11, geändert

Verfahrenstyp alternative Bezeichnung Voraussetzung mögliche

Anwendungsfelder

Offlineverfahren Kartieransatz(mapping approach)

geringe räumliche und zeitliche Dynamik

N-DüngungBodenbearbeitungAussaatGrunddüngungPflanzenschutz

Onlineverfahren Sensoransatz;Echtzeitverfahren(realtime sensorapproach)

hohe räumliche undzeitliche Dynamik

N-DüngungHerbizideinsatzFungizideinsatzWachstumsregulatorenErtragskartierungQualitätsbestimmung

Kombination von Online- und Offlineverfahren

Sensoransatz mit Karten-überlagerung(realtime sensorapproach withmapoverlay)

geringe bis hohe räum-liche und zeitlicheDynamik

N-DüngungHerbizideinsatzFungizideinsatzWachstumsregulatoren


dung von sich nur langsam verändernden Merkmalen(z. B. bestimmte Bodeneigenschaften, wie Grundnähr-stoffgehalte) erstellt werden kann. Zudem sind stabileMerkmale häufig für mehrere Applikationsmaßnahmenverwendbar, wodurch der Erfassungsaufwand sinkt.

Offlineverfahren werden oftmals auch als Kartieransatz(„mapping approach“) bezeichnet, da hier das Feld in derComputerdarstellung in kleine Rasterzellen (bzw. Vektor-polygone) mit entsprechenden Geokoordinaten aufgeteiltwird. Jeder Rasterzelle werden die erfassten Daten zu ver-schiedenen Standort- und Pflanzenparametern zugeordnet.Aus ihnen wird mit Hilfe von Erfahrungen, einfachenRegeln oder geeigneten Modellen auf die notwendige Be-wirtschaftungsmaßnahme geschlossen. Welche Parameterhierfür geeignet sind, ist abhängig vom Bewirtschaftungs-schritt (z. B. Bodenbearbeitung, Düngung). Für die Be-wirtschaftungsmaßnahme wird eine Sollwert- bzw. Ap-plikationskarte erstellt, ein so genannter georeferenzierterMaschinenauftrag. Dieser enthält für die Landmaschineverwertbare Angaben darüber, auf welchen – durch Geo-koordinaten definierten – Teilflächen sie die betreffendeMaßnahme durchführen soll bzw. mit welcher Intensitätdie Maßnahme auf den Teilflächen auszuführen ist. DerTraktor oder Selbstfahrer ist mit einem Positionierungs-system ausgerüstet, um seine eigene Position auf demFeld bestimmen und den georeferenzierten Maschinen-auftrag ausführen zu können.

Beim Onlineansatz erfolgen die Datenerfassung (Mess-wertaufnahme), die Datenauswertung (Sollwertanpas-sung) und die Durchführung der Maßnahmen nahezu zeit-gleich auf der Landmaschine (Abb. 2). Dies bedeutet,dass die relevanten Parameter (etwa ein Nährstoffbedarf)direkt auf dem Feld erfasst und die entsprechenden Maß-nahmen (die Applikation eines Düngers) unmittelbar da-ran gekoppelt ausgeführt werden. Da Sensoren zur Daten-erfassung genutzt werden, wird teilweise auch vomSensoransatz gesprochen.

Beim Onlineansatz besteht keine prinzipielle Notwendig-keit, die Werte zu georeferenzieren, d. h. eine Merkmals-karte zu erstellen. Für die Bestimmung der notwendigenBewirtschaftungsmaßnahme werden in erster Linie Datenzu relevanten Parametern des Kulturpflanzenbestands he-rangezogen, etwa die aktuelle Nährstoffversorgung derPflanze. Onlineverfahren sind besonders geeignet fürMaßnahmen, die auf sich zeitlich schnell veränderndeBoden- und Pflanzeneigenschaften (z. B. die Stickstoff-versorgung der Pflanzen oder den Grad der Verunkrau-tung) reagieren.

Die Kombination von Offline- und Onlineverfahren wirdauch als Sensoransatz mit Kartenüberlagerung bezeich-net. Sie zielt darauf ab, die Vorteile beider Verfahren zuvereinen. Über die Eignung des jeweiligen Verfahrensentscheidet neben der geplanten Bewirtschaftungsmaß-nahme die verfügbare PA-Technik.

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Arbeitsweise einer Pflanzenschutzmittelspritze (Onlineverfahren)

Quelle: Ehlert et al. 2004, S. 24


4. Datenerfassung

Für teilflächenspezifische Maßnahmen in Offline- undauch in kombinierten Offline-/Onlineverfahren (Tab. 1)müssen Daten zur kleinräumigen Ausprägung relevanterStandort- bzw. Pflanzenparameter vorliegen, aus denendie vor der Bewirtschaftungsmaßnahme zu erstellendengeoreferenzierten Maschinenaufträge (Applikationskar-ten) abgeleitet werden können. Diese Daten können aufmehreren Wegen bzw. aus verschiedenen Quellen gewon-nen werden (Tab. 2). Zum einen können bereits vorlie-gende, georeferenzierte Daten („thematische Karten“),z. B. Bodenkarten und Fernerkundungsaufnahmen, ge-nutzt werden. Zum anderen können solche thematischenKarten auch vom Landwirt selbst erstellt werden, indemdie relevanten Merkmale erfasst und mittels satellitenge-stützten Positionierungssystems in eine Kartendarstellungüberführt werden. Satellitengestützte Positionierungssys-teme ermöglichen es, den Messwerten Raumkoordinatenzuzuordnen. Diese bilden den Primärbezug für alle Mess-werte. So sind bei aufeinander folgenden Messungen des

gleichen Merkmals wie auch bei Messungen verschiede-ner Merkmale alle Messwerte einem Punkt auf der Acker-fläche zugeordnet. Daher ist die satellitengestützte Or-tung ein wesentlicher Bestandteil von Offlineverfahren.

Bezug vorhandener Daten für Offlineverfahren

Bodenkarten

Eine wichtige Datengrundlage für teilflächenspezifischeBewirtschaftungsmaßnahmen im Offlineverfahren stellenBodenkarten dar. Auf der Grundlage des Gesetzes zurSchätzung der Kulturböden von 1934 wurden bis 1955alle Böden in Deutschland untersucht und nach einemeinheitlichen Schema bewertet. Die für die gesamte land-wirtschaftliche Nutzfläche Deutschlands vorliegendenBodenschätzkarten liefern im Maßstab 1:500 Daten zuverschiedenen bodenphysikalischen Parametern (Boden-art, Zustandsstufe, Entstehungsart). Auf dieser Basis er-folgte eine Einteilung der Böden gemäß dem Ackerschät-zungsrahmen in eine Ackerzahlenskala von 17 bis 100,

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Übersicht Datenquellen und ihre Verwendung im Offlineverfahren

Quelle: nach Lütticken 1996, S. 24, geändert

Daten Datenquelle Inhalt Verwendung

Bodenschätzkarten Finanzamt, Katasteramt physikalische Boden-parameter, Ertragsfähigkeit

in Verbindung mitanderen Datenquellen (z. B. Düngung)

digitale Geländemodelle Landesvermessungsamt Relief Bodenbearbeitung

Flurkarten Katasteramt Flächendokumentation Flächendokumentation, Hintergrundkarten

Fernerkundungsdaten (Luft- und Satellitenbilder)

Landesvermessungsamt, private Unternehmen

Standortdaten,Bestandsdaten,Hintergrundkarten

Düngung,Pflanzenschutz

Klima- und Witterungsdaten

amtliche Dienste, landwirtschaftlicher Betrieb

Temperatur, Niederschlag usw.

Standorteignung,Düngung,Pflanzenschutz

Bodenleitfähigkeits-daten

landwirtschaftlicherBetrieb

Indikator für Bodeneigenschaften

Abgrenzung von Teil-flächen, Bodenbearbeitung

Bodennährstoffdaten landwirtschaftlicherBetrieb

Nährstoffgehalte des Bodens

Düngung, Kalkung

Boniturdaten landwirtschaftlicherBetrieb

Verunkrautung,Befallssituation,Bestandsentwicklung

Pflanzenschutz,Düngung

Bewirtschaftungsdaten landwirtschaftlicherBetrieb

Art der Maßnahme, Zeitpunkt, Aufwandmenge usw.

Kontrolle,Dokumentation

Ertragsdaten landwirtschaftlicherBetrieb, Lohnunternehmer

Ertrag, Kornfeuchte, Inhaltsstoffe

Aussaat, Düngung,selektive Ernte


wobei die Ackerzahl 100 für höchste Bodenfruchtbarkeitund damit Ertragsfähigkeit steht.

Dem Vorteil eines flächendeckenden Bodenkartenwerksstehen mehrere Nachteile gegenüber. So enthalten dieKarten der Bodenschätzung keine Informationen über denaktuellen Bodenzustand – wenngleich seit Beginn der Er-hebungen im Jahre 1934 bis heute Ergänzungen vorge-nommen wurden –, die Bodenfeuchte und Bodenverdich-tungen. Zudem wurde bei der Kartenerstellung ein relativgrobes Raster von Beprobungsstellen zugrunde gelegt,woraus Interpolationsfehler resultieren. Insgesamt aberhat sich die Bodenschätzung als wertvolle Datengrund-lage für PA-Maßnahmen erwiesen, insbesondere wennzusätzlich andere Datenquellen herangezogen werden.Zurzeit wird in den Landesämtern daran gearbeitet, alleInformationen der Bodenschätzung in digitale Bodenkar-ten zu übertragen.

Digitale Geländemodelle

Informationen über die Ausprägung des Bodenreliefs las-sen sich digitalen Geländemodellen, die bei den Landes-ämtern erhältlich sind, entnehmen. Die vorherrschendeGenauigkeit der Höhendaten von einem halben Meter istfür die meisten PA-Anwendungen ausreichend, nicht je-doch für einige spezielle Standortinterpretationen alsGrundlage für bestimmte PA-Anwendungen. Digitale Ge-ländemodelle können beispielsweise dazu verwendetwerden, Kuppen oder Senken auf einer Ackerfläche oderden lateralen Wasserfluss im reliefierten Boden zu be-stimmen und gewisse Bewirtschaftungsmaßnahmen– etwa die Bodenbearbeitung – kleinräumig darauf abzu-stimmen.

Flurkarten

Die Flurkarten des Liegenschaftskatasters sind in ersterLinie für die rechtlich verbindliche Bewirtschaftungsdo-kumentation von Bedeutung. Darüber hinaus ermögli-chen sie auch eine erste grafische Abbildung der land-wirtschaftlichen Nutzfläche, wenn z. B. die betrieblichenFeldgrenzen in die Flurkarten übertragen werden. Je nachAlter der Flurkarten gestaltet sich die Abbildung der Fel-der in Gebieten, in denen keine Flurbereinigung stattge-funden hat oder diese schon lange zurückliegt, schwierig.Ein Feld kann dann eine Vielzahl von Flurstücken oderauch nur Teile von Flurstücken umfassen (Lütticken1996, S. 14).

Fernerkundungsdaten aus Satelliten- und Luftbildern

Eine weitere Datenquelle für PA sind Fernerkundungs-aufnahmen von Flugzeugen oder Satelliten. Diese werdenin unterschiedlichen Zeiträumen aufgenommen, bei Flug-zeugen je nach Bedarf und bei Satelliten in gleich blei-benden Intervallen beim Überfliegen des betreffendenGebiets. Satellitenaufnahmen werden in der Regel imspektralen Bereich außerhalb des sichtbaren Lichts ge-wonnen. Sie wurden bisher in der Landwirtschaft vor al-

lem für die Kontrolle von Subventionsmaßnahmen undzur Ertragsprognose genutzt (Ludowicy et al. 2002,S. 75).

Um aus den Fernerkundungsaufnahmen nutzbare Datenzu Boden- und Pflanzenmerkmalen zu erhalten, müssendiese in der Regel zunächst ausgewertet werden. So kannz. B. auf Grundlage der flugzeuggestützten Ermittlung ei-nes Vegetationsindex eine Pseudoertragskarte erstelltwerden, wenn die gemessenen Merkmalswerte mit demmittleren Flächenertrag (während oder nach der Erntebestimmt) kombiniert werden. Allerdings zeigt die Erfah-rung, dass verwertbare Bilder nur unter günstigen Wetter-bedingungen (d. h. bei wolkenlosem Himmel) aufgenom-men werden können. Diese sind unter mitteleuropäischenVerhältnissen eher die Ausnahme als die Regel, wenn zueinem bestimmten agrotechnischen Termin die Verhält-nisse erfasst werden müssen.

Bei Satellitenaufnahmen wirken das begrenzte Zeitfensterder Überfliegung eines bestimmten Gebietes und ungüns-tige Wetterbedingungen als Hemmnisse für eine breiteNutzung in der Landwirtschaft. Ersatzweise kann mitHilfe von Dienstleistungsunternehmen auf Satellitenbil-der vergangener Jahre zurückgegriffen werden, auf denendie Bestände abgebildet wurden. Damit sind jedoch eben-falls Probleme verbunden, z. B. der Umstand, dass aus-wertbare Bilder aus der Zeit kurz vor der Ernte ggf. nichtfür alle zurückliegenden Jahre existieren. Schließlich istdie Bearbeitung der Bilder – etwa für die Ermittlung derfür Düngung und Pflanzenschutz relevanten Vegetations-indizes – aufwendig und teuer.

Daneben bestehen weitere Angebote, die als Datengrund-lage für teilflächenspezifische Bewirtschaftungsmaßnah-men geeignet sein können. Dazu zählen Orthophotos,d. h. georeferenzierte, entzerrte Schwarz-Weiß-Luftbild-aufnahmen, die in periodischen Abständen von mehrerenJahren von Flugzeugen aus aufgenommen werden. Als al-leinige Informationsquelle sind sie zu wenig aussagekräf-tig, in Verbindung mit weiteren Datenquellen können siehingegen nützlich sein. Eine eigenständige Bedeutung ha-ben Orthophotos zur Erstellung oder Kontrolle von Feld-grenzen.

Datenerfassung mit GPS für Offlineverfahren

Nährstoffkarten

Nährstoffkarten können durch Kartierung von Messwer-ten aus Bodenproben gewonnen werden. Da der Nähr-stoffgehalt des Bodens für das Pflanzenwachstum vongroßer Bedeutung ist und gleichzeitig eine hohe räumli-che und – im Falle des Stickstoffgehalts – zeitliche Varia-bilität aufweisen kann, stellen Nährstoffkarten für be-stimmte teilflächenspezifische Maßnahmen eine wichtigeEntscheidungsgrundlage dar. Für ihre Erstellung werdennach einem zuvor bestimmten Raster Bodenproben gezo-gen und im Labor untersucht. Jede Bodenprobe wirddurch die Entnahme einer aus 10 bis 20 Einstichen beste-henden Mischprobe des Bodens aus dem Krumenbereichgewonnen. Die Bodenprobenahme für eine teilflächen-


spezifische Düngung erfolgt ausschließlich mit Fahrzeu-gen, die mit einem Positionierungssystem ausgerüstetsind. Die Position jedes Entnahmepunktes wird auf-gezeichnet. Die Rasterdichte der Beprobungen sollte sichan der Heterogenität des Standorts orientieren. In der Pra-xis hat sich eine Rastergröße von einem Hektar durchge-setzt, wenngleich aus Kostengründen vielfach auch grö-ßere Beprobungsraster angewandt werden. Die Erstellungvon Nährstoffkarten erfolgt in der Regel als Dienstleis-tung.

Ertragskarten

Die Ertragskartierung ist eine der derzeit am weitestenverbreiteten PA-Verfahren. Sie dient dem Zweck, Ertrags-unterschiede innerhalb von Ackerflächen zu dokumentie-ren. Bei der Getreideernte erfolgt die Ertragskartierungmit Hilfe von Korndurchsatzsensoren (Volumen-, Kraft-oder Impulsmesssysteme) in einem Mähdrescher, der miteinem satellitengestützten Ortungssystem ausgestattet istund den Kornertrag in eine digitale Karte überführenkann. Bei der Ertragskartierung können diverse Feh-lerquellen auftreten, zu denen u. a. die unzureichende Ka-librierung der Geräte, zu hohe Fahrgeschwindigkeiten,widrige Erntebedingungen oder Lagergetreide zählen(Muhr/Noack 2002; Weltzien et al. 2002, nach Strecker etal. 2004a, S. 27).

Ertragskarten sind als Teil präziser Ackerschlagkarteienfür die Anbaudokumentation des Landwirts hilfreich unddienen als Erfolgskontrolle durchgeführter Bewirtschaf-tungsmaßnahmen. Für teilflächenspezifische Bewirt-schaftungsmaßnahmen sind sie von Bedeutung, da sie dieHeterogenität der Standortverhältnisse widerspiegeln undals Grundlage für zukünftige Bewirtschaftungsentschei-dungen dienen können. Dabei besteht allerdings das Pro-blem, von einer gemessenen Ertragsverteilung auf die Er-tragsverteilung im Folgejahr zu schließen. Da die Erträgeeines Feldes u. a. witterungsbedingt über die Jahre variie-ren, lassen sich durch die Kartierung in der Regel erstnach mehreren Jahren robuste Aussagen zur räumlichenErtragsstruktur treffen.

Mittlerweile bieten alle Hersteller von MähdreschernSysteme zur Ertragskartierung an. Der Marktführer Claashat in Deutschland bislang 600 Exemplare verkauft(Werner/Christen 2004, S. 125). Der Hersteller arbeitetmit dem Prinzip der Quantimetermesstechnik, die dieMenge des Druschguts durch Messung per Lichtschrankeim Kornelevator ermittelt. Die zugehörigen Positionsda-ten liefert ein satellitengestütztes Ortungssystem und dieErtragskarte wird durch das Programm „AGRO-MAP“erstellt. Die Ertragskartierung im Feldhäcksler hingegenwird derzeit nur von einem Hersteller (John Deere) ange-boten. Ertragskartierungssysteme für andere Erntema-schinen (Ladewagen, Rundballenpressen, Kartoffel- undRübenernter) befinden sich größtenteils noch im Stadiumder Entwicklung. Laufende Forschungsvorhaben zielenaußerdem darauf ab, Onlineverfahren zur Bestimmungwertgebender Inhaltstoffe (z. B. des Proteingehalts bei

Getreide oder des Zuckergehalts bei Zuckerrüben)während des Erntevorgangs bis zur Praxisreife zu entwi-ckeln.

Bodenleitfähigkeitskarten

Vergleicht man die Nährstoff- und Ertragskarten einesFeldes miteinander, so wird deutlich, dass die kleinräu-mig auftretenden Ertragsunterschiede nicht gezwungener-maßen auf eine Mangelversorgung mit Nährstoffen zu-rückzuführen sind. Auch andere Faktoren, wie etwa dieWasserversorgung, die Bodenart und der Humusgehalt,spielen hierbei eine wichtige Rolle. Diese Größen könnenindirekt über die Messung der elektrischen Bodenleitfä-higkeit bestimmt werden.

Die Leitfähigkeit des Bodens wird von der Bodenart(Ton-, Sand- und Schluffgehalt), dem Wasser-, Salz-,Nährstoff- und Humusgehalt sowie vorhandenen Boden-verdichtungen bestimmt. Würde man die Vielzahl der Bo-deneigenschaften einzelnen erfassen wollen, entstündedabei ein enormer Aufwand für Probenahmen, Laborana-lysen und Datenauswertungen. Mit der Messung der Bo-denleitfähigkeit steht ein einfacheres und kostengünstige-res Verfahren zur Erfassung von Bodeneigenschaften zurVerfügung. Außerdem ist dieses weniger von den Witte-rungsbedingungen abhängig als die Methoden der Ferner-kundung.

Die Kartierung der elektrischen Leitfähigkeit des Bodenswird in Deutschland vorrangig mit dem Gerät EM38 derFirma Geonics Limited (Kanada) durchgeführt (Abb. 3).Das zugrunde liegende Messverfahren – die Induktioneines Magnetfeldes1 – benötigt keinen Bodenkontakt. Da-her lässt sich dieses Gerät gemeinsam mit einem GPS-Empfänger auf einen fahrzeuggezogenen Schlitten mon-tieren, wodurch Leistungen von mehr als 100 ha/Tag beider Kartierung erreicht werden können.

Zusätzlich zur Kartierung der Bodenleitfähigkeit muss– gewissermaßen zur Eichung – eine Charakterisierungdes Bodenprofils (Beschreibung der einzelnen Horizonte,der Wasserverhältnisse, des Bodentyps) vorgenommenwerden. Dies geschieht durch einen Bodenkartierer unterder Nutzung von Bohrstöcken oder Profilgruben. Die beider Bodenaufnahme hergestellten Beziehungen zwischender elektrischen Leitfähigkeit und den relevanten Boden-parametern lassen sich flächenübergreifend anwenden.Die aus der Leitfähigkeitsmessung erstellten Bodenkartenkönnen für die Abgrenzung von Teilflächen, eine gezielteBodenbeprobung und die teilflächenspezifische Anpas-sung der Bodenbearbeitungstiefe genutzt werden (Ehlertet al. 2004, S. 32 f.; Ludowicy et al. 2002, S. 59 ff.).

1 Die mit Wechselstrom gespeiste Senderspule erzeugt ein primäresMagnetfeld, das im leitfähigen Boden einen Strom induziert. Durchdie Empfängerspule wird neben dem konstanten primären auch dasdurch den induzierten Strom zusätzlich erzeugte sekundäre Magnet-feld gemessen. Das Verhältnis des sekundären zum primären Ma-gnetfeld ist linear proportional zur Bodenleitfähigkeit.


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Gerät EM38 zur Messung der elektrischen Bodenleitfähigkeit


Bonituren

Verfügt der Landwirt über ein Positionierungssystem, sokann er selbst die für ihn relevanten georeferenziertenDaten in den Nutzflächen erheben. Den geringsten tech-nischen Aufwand erfordern manuelle Bonituren. Dabeibegeht der Landwirt seine Ackerflächen mit einem mobi-len Computer, der mit einem Ortungssystem sowie ent-sprechender Software ausgerüstet ist, und erfasst dabeidie wesentlichen Parameter, etwa den aktuellen Grad derVerunkrautung. Der Nachteil dieser Methode besteht indem hohen Arbeitsaufwand bei nur geringer Flächenpro-duktivität.

Eine hohe Flächenproduktivität kann nur mit automati-sierten Bonituren von einem Fahrzeug aus erreicht wer-den. Ein Beispiel sind automatisierte Verfahren der Un-krauterkennung und Kartierung. Dabei können mit Hilfevon Bildauswertungstechniken durch Vergleich vonFormparametern mit gespeicherten Objektparametern dieUnkräuter identifiziert werden. Beim Einsatz von multi-spektralen Digitalkameras erfolgt eine nachgeschalteteBildverarbeitung, die eine artenbezogene Unkrauterken-nung sowie die Unterscheidung zur Kulturpflanze ermög-lichen soll (Chapron et al. 1999; Gerhards et al. 2002a;Ruckelshausen et al. 1999).

Satellitengestützte Positionierungssysteme

Um die Heterogenität der Standortverhältnisse als Grund-lage für teilflächenspezifische Bewirtschaftungsmaßnah-men zu erfassen, muss der Landwirt bei Offlineverfahrenüber ein Positionierungssystem verfügen, das es erlaubt,

den Messwerten Raumkoordinaten zuzuordnen. In derPraxis ist v. a. das „Globale Positionierungssystem“(GPS) der USA von Bedeutung, das seit Anfang der1990er Jahre auch für die zivile Nutzung zur Verfügungsteht. Ortungsverfahren wie das GPS beruhen auf demPrinzip der Entfernungsbestimmung durch Messung derLaufzeit von Signalen zwischen dem Nutzer und je einemvon mehreren Bezugspunkten (beim GPS 24 Satelliten,die die Erde in rund 20 000 km Höhe umkreisen), derenPosition genau bekannt ist. Das Satellitensignal enthältInformationen über die Position des Satelliten und dieUhrzeit, zu der er diese Position im All einnahm. Die Po-sition des Empfängergeräts wird aus der Messung derLaufzeit der Signale verschiedener Satelliten zum GPS-Empfänger abgeleitet. Mit Hilfe von GPS-Empfangsgerä-ten können bei gleichzeitigem Empfang der Signale vonvier Satelliten die Koordinaten jedes Orts auf der Erdo-berfläche bestimmt werden (Abb. 4). Die Genauigkeit desmilitärisch genutzten Systems liegt bei unter 1 m, die Qua-lität der Signale für die zivile Nutzung lässt allerdings nurGenauigkeiten im Bereich einiger Meter zu. Die Präzisionder Positionsbestimmung handelsüblicher GPS-Emp-fangsgeräte liegt bei einer Abweichung von 3 bis 5 m(Griffin 2004).

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Prinzipieller Aufbau des differenziellen GPS

Quelle: Ostheim 2000, S. 24

Aufgrund der Ungenauigkeiten von GPS findet bei PA-Anwendungen normalerweise das „Differential GlobalPositioning System“ (DGPS) Anwendung. Dieses ist einverbessertes Ortungssystem auf Basis von GPS, bei demdie GPS-Signale mit zusätzlichen Korrekturdaten von ter-restrischen Sendern oder Satelliten verrechnet werden,um die Genauigkeit der Standortbestimmung zu verbes-sern. Das Korrektursignal übermittelt die per GPS gemes-sene Position des Senders, dessen Koordinaten vorliegen;die Differenz zwischen den beiden Positionen wird zurKorrektur des GPS-Signals verwendet. Tabelle 3 gibt ei-nen Überblick über Genauigkeit, Reichweite, Vor- undNachteile der wichtigsten DGPS-Betriebsarten.


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Kenngrößen einzelner DGPS-Betriebsarten

Quelle: nach Griffin 2004, geändert

DGPS-Methode Genauigkeit Reichweite Vorteil Nachteil

Funk (lokal) bis 1 cm,abhängig von Basis-länge

Sichtweite max. 5 bis 30 km,abhängig von Sende-leistung

hohe Genauigkeit; mobile Referenzsta-tion, günstiger Funk-modembetrieb, meh-rere Empfänger möglich

Kosten für Basis, ört-lich begrenzt, Sicht-kontakt zur Basis zwingend

GSM Modem (lokal) bis 1 cm,abhängig von Basis-länge

theoretisch unbe-grenzt, abhängig von GSM-Netz

hohe Genauigkeit; mobile, eigene Refe-renzstation, Sichtkon-takt nicht nötig

Kosten für Basis und Sendebetrieb, nur ein Empfänger möglich

RASANT bis in Submeter-bereich

innerhalb des Sende-bereichs von UKW

keine eigene Basis notwendig

Kosten für Empfangs-einheit und Nutzung des Dienstes

ALF bis in Submeter-bereich

ca. 600 km Radius um Mainflingen

keine eigene Basis notwendig, Lang-welle recht zuverläs-sig im Empfang

Kosten für Empfangs-einheit, auf Deutsch-land begrenzt

EGNOS 20 cm bis 2 m, je nach Satellitenzahl

europaweit europaweite Nutzbar-keit, keine eigene Ba-sis notwendig

braucht Sichtkontakt zum Satellit

OmniSTAR® 20 bis 70 cm europaweit europaweite Nutzbar-keit, keine eigene Ba-sis notwendig

Kosten für Empfangs-einheit u. Nutzung des Dienstes, braucht Sichtkontakt zum Sa-tellit, lange Initialisie-rungszeit

Zur Übertragung der Korrekturdaten gibt es die Möglich-keit, das „Radio Data System“ (RDS) im UKW-Frequenzbereich zu nutzen oder fest installierte Langwel-lensender wie den „Accurate Positioning by Low-Fre-quency“ (ALF). Der vom Bundesamt für Kartographieund Geodäsie in Frankfurt entwickelte ALF steht inMainflingen und wird von der Deutschen Telekom AGbetrieben. Die maximale Reichweite beträgt rund 600 kmmit einer Positionierungsgenauigkeit von etwa einem Me-ter. Beim Referenzdienst der deutschen Landesvermes-sung SAPOS® werden die Referenzsignale von terrestri-schen Stationen über UKW gesendet. Mit SAPOS®

werden Genauigkeiten im Meterbereich erreicht. Dane-ben besteht prinzipiell die Möglichkeit, eine eigene Fest-station zur Bereitstellung der Referenzsignale einzurich-ten, was jedoch mit hohen Kosten verbunden ist(Kap. IV.2).

Als nicht erdgebundene Variante gibt es noch die satelli-tengestützten Dienste, zu denen das amerikanischeWAAS (Wide Area Augmentation System) und Omni-STAR® gehören. Die ebenfalls über mehrere, in großen

Gebieten fest installierte Referenzstationen geschätztenKorrekturdaten werden über einen geostationären Satelli-ten zurück zur Erde gesendet. Besteht Sichtkontakt zudiesem wie auch zu den anderen Satelliten, kann einDGPS-Empfänger die Daten empfangen und damit einePositionsgenauigkeit von 0,20 bis 2 m erreichen.

Die European Space Agency (ESA) baut zurzeit eine al-ternative Lösung zum Empfang von Korrekturdaten auf,den European Geostationary Navigation Overlay Service(EGNOS). Das System besteht aus 34 Referenzstationenauf der Erde und sechs Satelliten im All. EGNOS soll2006 den Regelbetrieb aufnehmen. Primäre Aufgabe istdie Versorgung der europäischen Flugsicherung mit zu-verlässigen Navigationssignalen. Für die landwirtschaftli-che Nutzung ist EGNOS nicht zuletzt dadurch von Inte-resse, weil die Korrektursignale entgeltfrei und dieDGPS-Empfänger deutlich günstiger als bei anderen An-geboten sind.

Die EU hat den Aufbau eines eigenen satellitengestütz-ten, rein zivilen Navigations- und Ortungssystems mitNamen GALILEO begonnen. Dieses soll bis 2010 aufge-


baut sein, wird eigene Frequenzen verwenden und unab-hängig vom Netz der amerikanischen GPS-Satellitenarbeiten. GALILEO wird neben frei verfügbaren Or-tungssignalen mit Genauigkeiten von rund vier Meternauch kommerzielle Dienste anbieten, die sehr genauePositionsbestimmungen von weniger als einem Meter er-lauben sollen, mit Hilfssendern sogar im Dezimeterbe-reich.

Für eine präzise satellitengestützte Standortbestimmungauf landwirtschaftlichen Flächen müssen zwei Vorausset-zungen erfüllt sein: der Empfang von GPS-Signalen einerhinreichend großen Anzahl von Satelliten sowie von Kor-rektursignalen. Diese Voraussetzungen sind auf freienFlächen in der Ebene – d. h. dem größten Teil der land-wirtschaftlichen Nutzfläche – relativ gut einzuhalten. Mitsteigender Anzahl von Hindernissen (z. B. Berge, hoherund dichter Bewuchs, Bauwerke) werden die genanntenAnforderungen jedoch schlechter erfüllt.

Die GPS- und Korrekturdaten können mit Hilfe speziellerGeräte empfangen werden. Es werden verschiedene Aus-führungen von Empfangsgeräten angeboten, neben trag-baren Modellen auch solche, die auf landwirtschaftlichenMaschinen zu montieren sind. Ein Beispiel für ein Emp-fangsgerät ist das GEOmeter 24 der Firma GEOsat (Mül-heim/Ruhr). Es besteht aus einem 12-Kanal-GPS-Emp-fänger mit integriertem Korrekturdatenempfänger fürUKW bzw. LW. Auf landwirtschaftlichen Flächen ohneHindernisse kann damit eine Ortungsgenauigkeit vonetwa einem halben Meter erreicht werden.

Datenerfassung bei Onlineverfahren

Bei Onlineverfahren erfolgen zeitlich unmittelbar auf-einander die Datenerfassung (mittels Sensorik), dieDateninterpretation sowie die Umsetzung in pflanzenbau-liche Maßnahmen. Die betreffenden Daten zu den Stand-ort- bzw. Bestandsparametern müssen nicht georeferen-ziert, gespeichert und verarbeitet werden, da dieMaßnahme gewissermaßen als unmittelbare Reaktion aufdie Datenerfassung an Ort und Stelle erfolgt. Es musslediglich aus den Daten auf die Ausprägung der Bewirt-schaftungsmaßnahme geschlossen werden, wozu geeig-nete Algorithmen verwendet werden. Welche Bestands-parameter erfasst werden müssen, hängt von der Art derBewirtschaftungsmaßnahme ab.

Sensoren zur Erfassung der Stickstoffversorgung

Die Intensität der Grünfärbung der Kulturpflanzen kannzur Beurteilung der Versorgung eines Bestands mitStickstoff herangezogen werden. Dabei wird die vomPflanzenbestand reflektierte Lichtmenge mit einem opto-elektronischen Sensor gemessen. Für die sachgerechteInterpretation der Reflexionsdaten sind umfangreicheEich- und Kalibrierungsversuche unter Feldbedingungendurchgeführt worden. Dieses Verfahren wird bereits inder landwirtschaftlichen Praxis angewendet (Kap. III.3).Für die erste Stickstoffgabe zu Vegetationsbeginn ist derSensor nicht geeignet, da der Chlorophyllgehalt derPflanze in dieser Phase aufgrund der geringen Stickstoff-

aufnahme im Verhältnis zum relativ hohen Stickstoffan-gebot des Bodens noch keine Rückschlüsse auf den Stick-stoffbedarf zulässt. Voraussetzung für die Anwendungdes Verfahrens sind gesunde und ausreichend mit Wasserund sonstigen Nährstoffen versorgte Pflanzenbestände(Ehlert et al. 2004, S. 41 f.; Ludowicy et al. 2002, S. 120 ff.).

Sensoren zur Erfassung der Verunkrautung

Optoelektronische Sensoren werden ebenso zur Unkrau-terkennung verwendet. Sie basieren auf der Auswertungder Spektralbereiche Rot und nahes Infrarot, was die Un-terscheidung zwischen „grüner Fläche“ (d. h. Pflanze)und „nicht grüner Fläche“ (d. h. Boden) möglich macht.Bei engreihigen Kulturen (Getreide, Raps) erfolgt dieMessung in den Fahrgassen, wobei vereinfachend ange-nommen wird, dass die Unkrautverteilung im angrenzen-den Pflanzenbestand gleich ist. Aus den Sensordaten wirdder Grad der Verunkrautung abgeleitet und die Herbizid-applikation in Echtzeit gesteuert (Ehlert et al. 2004, S. 49;Ludowicy et al. 2002, S. 129 ff.). Systeme, die mehr alszwei Wellenlängen nutzen, um Unkraut von Kulturpflan-zen und Boden sowie Unkrautarten untereinander zu un-terscheiden, sind in der Entwicklung (Biller/Schicke2000; Vrindts/De Baerdemaeker 1997), aber noch nichtpraxisreif (Ehlert et al. 2004, S. 49).

Sensoren zur Erfassung der Pflanzenmasse

Zur Messung der Heterogenität von Pflanzenbeständen(v. a. bei Getreide) kann auch ein physikalisches Pendelals Sensor genutzt werden. Das Pendel wird beim Durch-fahren von Pflanzenbeständen ausgelenkt. Die Höhe derKraftwirkung zur Auslenkung des Pendels wird imWesentlichen von der Masse und der Anzahl der Einzel-pflanzen und somit von der auf die Fläche bezogenenPflanzenmasse bestimmt (Ehlert et al. 2003). Dieser Pen-delsensor (Marktbezeichnung: CROP-Meter) kann zurBestimmung der Stickstoffdüngung und zur Anpassungvon Fungizidaufwandsmengen an die Pflanzenbestands-dichte genutzt werden (Kap. III.3 u. III.4).

Sensoren zur Erfassung des Krankheitsbefalls

Verschiedene Sensorsysteme, die einen Krankheitsbefallder Kulturpflanzen im Anfangsstadium erkennen, identi-fizieren und quantifizieren sollen, befinden sich derzeitnoch im Forschungsstadium. Die wichtigsten Ansätzesind die Chlorophyllfluoreszenz, die Multispektralbild-analyse und die Thermografie.

Beim Verfahren der Chlorophyllfluoreszenz soll derSachverhalt genutzt werden, dass in Stresssituationen dieNutzung der Lichtenergie für die Photosynthese gestörtund durch den damit verbundenen „Energierückstau“ dieFluoreszenz verstärkt wird. Die Erfassung der Fluores-zenz kann mit Hilfe von fahrzeuggestützten Lasersyste-men erfolgen. Da neben Pilzinfektionen auch andereStressfaktoren wie Hitze und Kälte, Trockenheit undNährstoffmangel ursächlich sein können, sind teilweisezusätzlich zeitaufwendige Feldbegehungen notwendig,


um andere Stressursachen auszuschließen, was bisher ei-ner Praxiseinführung solcher Systeme im Wege steht.

Bei der Analyse von Multispektralbildern werden ver-schiedene Wellenlängen eingesetzt, um mit Hilfe be-stimmter Indizes kranke von gesunden Blättern zu unter-scheiden (Anonym 2001; Jacobi et al. 2003). Bisherkonnte die Funktionsfähigkeit erst zu einem fortgeschrit-tenen Entwicklungsstadium der Pilzinfektion erreichtwerden, wenn es für einen Fungizideinsatz bereits zu spätist.

Bei der Thermografie soll die Oberflächentemperatur derBlätter als Indikator für einen möglichen Pilzbefallverwendet werden. Ein Pilzbefall verändert die Transpira-tion, d. h. die Verdunstung von Wasser auf der Pflanzen-oberfläche, was wiederum Einfluss auf die Oberflächen-temperatur hat. Da diese auch von zahlreichen weiterenFaktoren – z. B. der Wasserversorgung der Pflanze – ab-hängig ist, müssten wiederum andere Faktoren bei derAnalyse berücksichtigt werden. Hier besteht also erneutdas Problem, dass der mit einem Sensor erfassbare Para-meter nur ein Indikator für den relevanten Pflanzenzu-stand (z. B. Pilzbefall) ist und von den Sensordaten nurunter Berücksichtigung von Stör- und anderen Einfluss-größen auf die Ausgestaltung der Bewirtschaftungsmaß-nahme geschlossen werden kann.

5. Datenmanagement- und Beratungssysteme

Die neuen Möglichkeiten der Datenerfassung durch Sen-sortechnik und Positionierungssysteme in der Landwirt-schaft genügen alleine nicht, um teilflächenspezifischeBewirtschaftungsmaßnahmen zu ermöglichen. Bei beidenVerfahren sind Datenmanagement- und Entscheidungsun-terstützungssysteme notwendig, um die Daten zu inter-pretieren und teilflächenspezifische Applikationskartenbzw. Maschinenaufträge erstellen zu können. Hierfür isteine Hard- und Softwareausstattung im landwirtschaftli-chen Betrieb erforderlich, die diese Arbeitsschritte vonder Erfassung der Daten bis zur Steuerung der Landma-schinen ermöglicht.

In Onlineverfahren werden die Informationen über rele-vante Merkmale des Pflanzenbestands (z. B. Stickstoff-versorgung der Kulturpflanzen) von sensorbasiertenErfassungssystemen aufgenommen und mit Hilfe hinter-legter pflanzenbaulicher Regeln und Entscheidungsalgo-rithmen automatisch in Bewirtschaftungsmaßnahmenumgesetzt.

Bei Offlineverfahren, die auf georeferenzierte Maschi-nenaufträge angewiesen sind, fallen im Vergleich zur flä-cheneinheitlichen Bewirtschaftung wesentlich größereDatenmengen an. Jeder Datensatz enthält neben denOrtskoordinaten als Primärbezug Daten über Boden- undPflanzenzustände, die Bearbeitungsmaßnahmen sowieMetadaten („Daten über Daten“), wie z. B. Angaben überZeitpunkte und Methoden der Erfassung. Zudem sollendie Daten über längere Zeiträume gespeichert werden, umeine durchgehende Protokollierung aller landwirtschaftli-

chen Bearbeitungsschritte zu gewährleisten und Verglei-che über mehrere Jahre zu ermöglichen.

Die zu verwaltende Datenmenge wird wesentlich durchdie gewählte Ortsauflösung bestimmt. Eine Auflösungvon beispielsweise einem Messpunkt/m2 – die künftig aufstark heterogenen Feldern relevant werden könnte – führtzu einer Datenbank mit 10 000 Datensätzen/ha, d. h. beiBetrieben mit mehr als 100 ha Fläche zu über einer Mil-lion Messpunkten mit einer Vielzahl von verschiedenenMesswerten (Bodendaten, Aussaatstärken, Düngungs-mengen, Pflanzenschutz, Ernteerträge usw.). Daher mussdie Hard- und Software in der gesamten Prozesskettegrundsätzlich zur Verarbeitung großer Datenmengen hin-reichend leistungsfähig sein.

Das Datenmanagement in Offlineverfahren könnte durchdie Einführung von geeigneten Datenbanklösungen inZukunft weitgehend automatisiert werden. Wichtige Leis-tungsmerkmale einer solchen Datenbanklösung sind dieautomatische Überprüfung der Eingangsdaten sowie eineeffektive Kontrolle über den Zugriff auf Daten. In diesemZusammenhang müssen in Zukunft Datenbanklösungenfür das Datenmanagement in Betracht gezogen werden,die alle landwirtschaftlichen Maßnahmen ortsbezogenvon der Planung über die Durchführung bis hin zur Ab-rechnung speichern und verwalten können. Die derzeitverfügbaren Softwarelösungen – etwa Ackerschlagda-teien oder landwirtschaftliche Abrechnungsprogramme –umfassen nur einen Teil des Datenmanagements undmüssen für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung inihrem Funktionsumfang erweitert werden. Große, welt-weit agierende Hersteller von Landmaschinen (z. B. vonden Firmen John Deere und Claas) sowie von elektroni-schen Geräten und Software (z. B. von der Firma Agro-com) bieten Softwarelösungen, z. B. für die Schlagver-waltung, die Dokumentation ackerbaulicher Maßnahmen,das Flottenmanagement, die Rückverfolgbarkeit von Pro-dukten oder die Flächenvermessung für Beihilfezahlun-gen, an und beziehen zunehmend die teilflächenspezifi-sche Bewirtschaftung als integralen Bestandteil ein.

Geoinformationssysteme

Bedeutendstes Werkzeug des Datenmanagements – d. h.hier zur Verarbeitung georeferenzierter Daten im land-wirtschaftlichen Betrieb – sind Geoinformationssysteme(GIS), die in der Regel auf Betriebscomputern installiertsind. Ein GIS ist ein Computersystem zur Erfassung, Ver-waltung, Analyse und Darstellung großer Mengen räum-lich verorteter Daten und darauf bezogener thematischerAttribute (Ludowicy et al. 2002, S. 81).

Das GIS bietet die Möglichkeit, Positionsangaben (Geo-koordinaten) unterschiedlicher Koordinatensysteme mit-einander zu verbinden. Da von den verschiedenen Her-stellern landwirtschaftlicher Geräte unterschiedlicheStandards für die Datenverarbeitung auf Jobrechnern undBordcomputern entwickelt worden sind, müssen Geogra-fische Informationssysteme zusätzlich diese Standardsunterstützen. Das GIS sollte also in der Lage sein,verschiedene Datenformate zu lesen und die unterschied-lichen Inhalte der vom Bordcomputer oder anderen


mobilen Rechnern erstellten Datensätze sachgerecht zuverarbeiten. Die Datenerfassung liefert in der RegelPunktdatensätze. Dies gilt für die relativ geringe Anzahlvon Daten aus Bodenproben ebenso wie für Ertragsdatenund andere Daten mit höherer Erfassungshäufigkeit. GISermöglichen die Überführung von Punktdatensätzen inFlächendatensätze. Die grundlegenden Arbeitsschrittesind dabei Rasterbildung, Interpolation und Bildung vonWerteklassen.

Bei der Rasterbildung wird ein Gitter, bestehend aus vie-len gleichförmigen Gitterzellen, über die betrachtete Flä-che gespannt. Die äußeren Grenzen des Rasters werdenüber die Geokoordinaten der Feldgrenzen bestimmt. Umverschiedene Rasterdatensätze eines Feldes zusammendarstellen zu können, ist es notwendig, dass die Daten-sätze die gleiche Größe der Rasterzellen und den gleichenAusgangspunkt der Rasterbildung haben. Bei der Bestim-mung der Rasterzellengröße ist es sinnvoll, die Arbeits-breite der verwendeten Geräte zu berücksichtigen. Wennmöglich sollte die Rastergröße auch an der Variabilitätder Merkmalsausprägungen ausgerichtet werden. Mitsteigender Rastergröße sinkt die Korrelation zwischenden gemessenen Werten und den berechneten (inter-polierten) Werten einer Fläche (Ludowicy et al. 2002,S. 86 f.).

Mittels geostatistischer Interpolationsverfahren wird ausden punktuell gemessenen Daten die flächenhafte Vertei-lung der entsprechenden Merkmale auf den Rasterzellenberechnet. Rasterbildung und Interpolation werden beivielen GIS mit voreingestellten Werten weitgehend auto-matisch durchgeführt. Vom Benutzer werden lediglich dieRasterzellengröße und die Interpolationsmethode festge-legt. Es gibt verschiedene Verfahren zur räumlichen Inter-polation, die in den jeweiligen GIS in entsprechenden In-terpolationsalgorithmen umgesetzt worden sind. AlleVerfahren beruhen auf der Annahme, dass es Ähnlichkei-ten zwischen räumlich benachbarten Merkmalsausprä-gungen (Werten) gibt. Dementsprechend werden aus denAusgangsdaten Werte für die benachbarten Rasterzellenberechnet (Ludowicy et al. 2002, S. 86 u. 89). Das Pro-gramm TopoL kann z. B. dazu verwendet werden, aufGrundlage manueller Unkrautbonituren an den Schnitt-punkten eines imaginären über das Feld gelegten Gitter-netzes durch Interpolation eine Karte der Unkrautvertei-lung für das gesamte Feld zu erstellen.

Schließlich wird für die Erstellung einer Kartendarstel-lung eine Unterteilung in Werteklassen vorgenommen.Bei den meisten GIS ist eine Anzahl von fünf Werteklas-sen voreingestellt, wobei bei modernen GIS die Anzahlder Werteklassen für ein Merkmal verändert werdenkann. Die Anzahl der Klassen sollte allgemein der Varia-bilität der Werte und ihrer Aussagekraft angepasst sein.So nutzt es nichts, wenn bei der Ertrags- oder Nährstoff-kartierung sehr viele Klassen dargestellt werden, wenndaraus keine unterschiedlichen Bewirtschaftungsmaßnah-men abgeleitet werden können (Ludowicy et al. 2002,S. 93). Ergebnis dieser Schritte der Datenverwaltung und-analyse sind Kartendarstellungen für die verschiedenen

Merkmale, also Boden-, Nährstoffversorgungs- und Er-tragskarten.

Auf der Grundlage dieser Karten ist dann eine Interpreta-tion der Daten vorzunehmen, um teilflächenspezifischeBewirtschaftungsmaßnahmen bzw. Applikationskartenabzuleiten. Da Bestandsentwicklung und Ertragsbildungvon einer großen Anzahl verschiedener Faktoren beein-flusst werden, ist dies keine einfache Aufgabe. So kanndie Ertragskarte eines Jahres nicht ohne weiteres genutztwerden, um für die Folgefrucht Zonen mit hohen, mittle-ren und niedrigen Ertragspotenzialen und damit entspre-chende Intensitätsstufen der Bewirtschaftung abzuleiten.In der Regel sind komplexere Lösungen notwendig, dieverschiedene Datensätze (z. B. Nährstoffversorgungs-und Ertragskarten), Standortkenntnisse und Erfahrungswis-sen sowie Beratungs- und Entscheidungsunterstützungs-systeme (s. u.) nutzen. Prinzipiell soll die Ausprägung derBewirtschaftungsmaßnahme (Applikationsmengen, Soll-werte) berechnet und in Applikationskarten (Sollwertkar-ten) dargestellt werden. Die Möglichkeit zur Erstellungvon Applikationskarten ist bisher allerdings nur bei weni-gen Geografischen Informationssystemen gegeben.

Die angebotenen GIS-Programme unterscheiden sichdurch die Anzahl der implementierten Funktionen, ihreBenutzerfreundlichkeit und ihre Integrationsfähigkeit insGesamtkonzept eines Betriebes. Während einige speziellauf die Bedürfnisse der pflanzenbaulichen Produktioneingehen, orientieren sich andere stärker an der Integra-tion von GIS-Funktionen in vorhandene Schlagkarteien.Die Stärken der ersten Gruppe liegen in ihren umfangrei-chen Möglichkeiten beim Datenimport und beim Zusam-menführen verschiedener Feldinformationen sowie ihrenOptionen zur Ansteuerung der Applikationstechnik. DieVorteile der zweiten Gruppe bestehen in der Integrationvon GIS-Funktionen bzw. Modulen zur Geodatenverar-beitung in bestehende (oder neu entwickelte) Schlagkar-teien bzw. Controllingprogramme (Ludowicy et al. 2002,S. 82 f.).

Beratungs- und Entscheidungsunterstützungssysteme

Von zentraler Bedeutung für die Umsetzung einer teilflä-chenspezifischen Bewirtschaftung ist der Umstand, dassdas Vorliegen der Daten zu bestimmten Standort- und Be-standsparametern allein dem Landwirt nicht die Entschei-dung für die am besten geeignete Maßnahme abnimmt.Vielmehr ist er gerade vor dem Hintergrund großer Men-gen von Daten zu „isolierten“ Parametern darauf ange-wiesen, durch geeignete Computerprogramme in seinenEntscheidungen unterstützt zu werden. Die computerge-stützten Systeme zur Beratung und Entscheidungsfindungmüssen transparent und modifizierbar sein, um zu ge-währleisten, dass die Entscheidungsempfehlung für denLandwirt nachvollziehbar ist (Ehlert et al. 2004, S. 72)und das System von den Landwirten akzeptiert wird.

Die Erstellung von Sollwert- und Applikationskarten istbislang mit Problemen verbunden, da eine hinreichendgute Abbildung der komplexen Wechselwirkungen pflan-zenbaulicher und natürlicher Prozesse in einem Modellschwierig ist und die für die Modelle benötigten Daten


nicht in jedem Fall in der erforderlichen Qualität zur Ver-fügung stehen. Die Schwierigkeiten, die bei der Bestim-mung von Sollwerten auftreten, sollen am Beispiel derDefinition der kleinsten Bewirtschaftungseinheit verdeut-licht werden, die eine wesentliche Voraussetzung für dieDurchführung teilflächenspezifischer Maßnahmen dar-stellt. Anhand der unterschiedlichen Ausprägung be-stimmter Merkmale (d. h. aufgrund ihrer Heterogenität)müssen Teilflächen abgegrenzt und als kleinste Bewirt-schaftungseinheit definiert werden. Allerdings gibt eszum gegenwärtigen Entwicklungsstand keine überein-stimmenden, durch Pflanzenbauer, Pflanzenernährer, Bo-denkundler und Agrartechniker definierten und gewichte-ten Parameter zur Beschreibung der Heterogenität(Variabilität) innerhalb einzelner Felder (Ehlert et al.2004, S. 88). Vereinfachend wird in der Praxis daher an-genommen, dass die Heterogenität eines Feldes anhandvon Merkmalen beschreibbar ist, die vorrangig den Bo-deneigenschaften als Ursache und der gebildeten Pflan-zenmasse als resultierende Wirkung zugeordnet werdenkönnen.

Weltweit existiert eine Vielzahl computergestützter Pflan-zenwachstumsmodelle und Beratungssysteme. Sie gebenEmpfehlungen bei acker- und pflanzenbaulichen Maß-nahmen zur Sicherung von Qualität und Quantität desErtrags. In Deutschland wird z. B. seit 2001 das „Infor-mationssystem Integrierte Pflanzenproduktion“ (ISIP)von den Landwirtschaftskammern und Landesämternüber das Internet angeboten (http://www.isip.de). Es bie-tet v. a. aktuelle Informationen zum Pflanzenschutz. DasPflanzenschutzberatungssystem „proPlant expert.clas-sic“ berechnet auf Grundlage von Wetterdaten die Infek-tionswahrscheinlichkeiten für alle wichtigen Pilzkrank-heiten. Bei der Unkrautbekämpfung in Zuckerrüben sindEntscheidungshilfen wie der „Landwirtschaftliche Infor-mationsdienst Zuckerrübe“ (http://www.liz-online.de)oder die „Beratung und Information für den SüddeutschenZuckerrübenanbau“ (http://www.bisz.suedzucker.de) überdass Internet verfügbar. Modelle, die Empfehlungen zurStickstoffdüngung geben, sind z. B. das dynamische Bo-denstickstoffmodell HERMES und das Computerpro-gramm Expert-N zur Düngungsberatung (http://www.gsf.de/iboe/expertn/). Die Modelle berechnen mit-tels verschiedener Parameter (z. B. Boden- und Wetter-daten) eine flächenspezifische Düngeempfehlung. Mitdem Programm „Local Resource Information System“(LORIS®) können ebenfalls differenzierte Applikations-karten für PA erzeugt werden (Lettner et al. 2001, S. 121).

Bislang orientieren sich die Managementregeln der Bera-tungssysteme vorrangig an der flächeneinheitlichen Be-wirtschaftung. Mittlerweile werden jedoch von einigenHerstellern im Zusammenhang mit ihren Produkten teilflä-chenspezifische Managementregeln ausgegeben. Hierzuzählt beispielsweise die Software KEMIRA LORIS®, dienach Herstellerangaben „mit Ertragskartierungssystemenund GPS-gesteuerter Ausbringungstechnik aller führen-den Hersteller kompatibel“ ist (http://www.kemiralo-ris.de).

Datenmanagement in Onlineverfahren

Beim Einsatz von reinen Onlineverfahren ist der Auf-wand für das Datenmanagement geringer. Dennoch ist dieSensorik allein nicht ausreichend. Von den sensorisch er-fassten Daten über den Standort und den Pflanzenbestandmuss auch hier auf die Art und Ausprägung der Bewirt-schaftungsmaßnahme geschlossen werden, was die Exis-tenz von Modellen und deren Umsetzung in Form vonAlgorithmen voraussetzt.

Die Georeferenzierung und Speicherung der Daten isthier prinzipiell nicht notwendig. Zur Dokumentation undzur Verknüpfung mit anderen Datensätzen kann aber diegeoreferenzierte Speicherung der Sensordaten und derBewirtschaftungsdaten – z. B. durch Einspeisung in einGIS – durchaus sinnvoll sein. Voraussichtlich werden au-ßerdem Sensoransätze mit Kartenüberlagerung zukünftigan Bedeutung gewinnen.

Hardware

Die erforderliche Hardware besteht im Wesentlichen auseinem Betriebsrechner, dem Bordcomputer sowie Job-rechnern auf den Geräten. Wesentliche Aufgaben desBordcomputers sind, Informationen über den Zustand derMaschinen anzuzeigen, Warnungen über Fehlabläufe zugeben und die Übertragung von Daten an externe Geräte,wie z. B. den Betriebsrechner, zu ermöglichen. Zudemgibt der Bordcomputer dem Anwender die Möglichkeit,in den ansonsten weitgehend automatisierten Verfahrens-ablauf zwischen verschiedenen Sensoren und Aktoreneinzugreifen (Mensch-Maschine-Schnittstelle). Der Job-rechner ist ständig mit dem Bordcomputer verbunden undverteilt dessen Signale an die unterschiedlichen Bauteiledes jeweiligen Anbaugeräts. Der Betriebsrechner mit ge-eigneter Software (z. B. ein GIS) dient der Verwaltungder Daten sowie der Erstellung der Sollwertkarten.

6. Applikations- und NavigationstechnikZur Umsetzung der gewonnenen Informationen (Kap. II.3)ist eine entsprechende Applikationstechnik notwendig.Die Umsetzung von Sollwertkarten in eine teilflächenspe-zifische Bewirtschaftung setzt in Offlineverfahren voraus,dass die Landmaschine über ein Ortungssystem verfügt,das eine Bestimmung ihrer Position und damit die Zuord-nung der Vorgaben in der Karte auf die reale Position aufdem Acker ermöglicht. Ein solches satellitengestütztesPositionierungssystem (Kap. II.4) ist somit nicht nur fürdie teilflächenspezifische Kartierung von Boden- undPflanzenparametern, sondern auch für die Durchführungder Maßnahmen erforderlich.

Der Datenaustausch zwischen Sensoren, Bordcomputerund Jobrechner der Applikationsgeräte findet im „mobi-len Prozesscomputersystem“ (MPS) statt. Die Übertra-gung von Maschinenaufträgen zur eigentlichen Applika-tionstechnik geschieht also über verschiedene IT-Bauteileauf der Landmaschine. Die herstellerübergreifende Kom-munikation zwischen verschiedenen elektronischen Kom-ponenten erfolgt mittels eines „binary unit system“(BUS). Das landwirtschaftliche BUS (LBS) wurde 1997


auf nationaler Ebene standardisiert (DIN 9684). Inzwi-schen ist dieser Ansatz durch die internationale NormISO 11783 erweitert worden und bildet somit die Grund-lage für das zukünftige Informations- und Datenmanage-ment auf Landmaschinen und ihrer betrieblichen Umge-bung.

Eine teilflächenspezifische Bewirtschaftung erfordertweiterhin, dass die Geräte zur Durchführung entsprechen-der Bewirtschaftungsmaßnahmen eine gezielte Verände-rung der Ausprägung der Maßnahme erlauben. So mussbeispielsweise für eine nach Teilflächen differenzierteAusbringung von Düngemitteln die Applikationstechnikermöglichen, die ausgebrachte Menge nach Vorgabe desMaschinenauftrags (bzw. bei Onlineverfahren der unmit-telbar zuvor erstellten Anweisung) zu variieren. Dabeikann – je nach Anwendung – eine Veränderung der Aus-prägung in unterschiedlicher Form nötig sein, z. B. dieVariation der Intensität einer Bodenbearbeitungs-maßnahme oder das Aussetzen der Pflanzenschutzmitt-elapplikation auf bestimmten Teilflächen. Eine gezielteAnsteuerbarkeit ist somit Voraussetzung für alle Applika-tionstechniken.

Ortungssysteme auf der Landmaschine können darüberhinaus auch in der Fahrzeugnavigation eingesetzt werden(Kap. III.6). Sie ermöglichen hier eine verbesserte Füh-rung der Landmaschinen, indem dem Landwirt angezeigtwird, ob er sich in der optimalen Fahrspur befindet. Da-durch soll erreicht werden, dass die pflanzenbaulicheMaßnahme – etwa bei der Bodenbearbeitung – ohneÜberlappungen durchgeführt wird. Nicht zuletzt hat diesaber auch eine erhebliche Entlastung des Fahrers zurFolge.

7. Fazit

Die teilflächenspezifische Bewirtschaftung gilt als Kern-bereich von PA und wird deshalb in diesem Bericht ver-einfachend mit PA als informationsgeleitetes Manage-mentsystem der pflanzlichen Produktion gleichgesetzt.Mit PA können innerhalb einer Ackerfläche vorhandene,kleinräumig variierende Bodenverhältnisse und Pflanzen-bestände erfasst und die pflanzenbaulichen Maßnahmenanhand dieser Informationen sowie mit speziellen Syste-men der Informationsauswertung und geeigneter Geräte-technik räumlich, zeitlich und mengenmäßig präziser alsbisher gestaltet werden.

Die grundsätzlichen Arbeits- bzw. Verfahrensschritte beiPA-Awendungen, die insbesondere auf satellitengestütz-ten Ortungs- und sensorbasierten Erfassungssystemenbasieren, sind die Datenerfassung, die Entscheidungsfin-dung und die Ergebnisanwendung in der Appli-kationstechnik. In Abhängigkeit von der zeitlichenBeziehung zwischen Datenerfassung und Bewirtschaf-tungsmaßnahme kann bei PA-Verfahren grundsätzlichzwischen Offlineverfahren (auch als Kartieransatz be-zeichnet) und Onlineverfahren (auch Sensor- oder Echt-zeitansatz genannt) unterschieden werden. Diese beidenAnsätze lassen sich auch als Sensoransatz mit Karten-überlagerung kombinieren.

Bei Offlineverfahren besteht zwischen Datenerfassung,Erstellung des Maschinenauftrags und Durchführung derBewirtschaftungsmaßnahme kein unmittelbarer zeitli-cher Zusammenhang. Offlineverfahren sind deshalb v. a.für Anwendungen, die sich auf langsam veränderndeMerkmale (z. B. Phosphatgehalt im Boden) beziehen, ge-eignet. Für die Datenerfassung steht hier eine Vielzahlvon Datenquellen zur Verfügung. Die Zusammenstellungund Verwaltung verschiedener Standort- und Pflanzenda-ten sowie ihre Umsetzung in Karten, beispielsweise mit-tels Geografischer Informationssysteme (GIS), ist viel-fach erprobt und prinzipiell praxisreif. DieDatenerhebung und -analyse kann vom landwirtschaftli-chen Betrieb selbst durchgeführt oder einem Dienstleisterübertragen werden.

Ein wesentliches Merkmal von Offlineverfahren ist dieBerücksichtigung von Informationen über die geografi-sche Lage sowohl bei der Datenerfassung als auch für dieSteuerung von Bewirtschaftungsmaßnahmen. In der Pra-xis werden verschiedene satellitengestützte Navigations-systeme verwendet, z. B. das Globale Positionierungssys-tem (GPS). Mit dem europäischen Navigations- undOrtungssystem GALILEO wird ab 2010 ein rein zivilesund noch präziseres Ortungssystem zur Verfügung ste-hen.

Die Schwachstellen von Offlineverfahren liegen bei demnotwendigen Arbeitsaufwand (z. B. bei manuellen Boni-turen) oder den Kosten (z. B. bei Bodenbeprobungen undBodenanalysen) zur Datenerhebung und bei der aufwen-digen Verwaltung großer Datenmengen sowie bei derUmsetzung der erfassten Daten in teilflächenspezifischeBewirtschaftungsmaßnahmen. Die zu erstellenden Soll-wert- bzw. Applikationskarten müssen zutreffend, hinrei-chend genau und kostengünstig produzierbar sein, damitOfflineverfahren eine breite Anwendung finden können.Aufgrund der großen Datensätze zu verschiedenen Merk-malen, der komplexen Wechselwirkungen zwischen die-sen und der begrenzten Verfügbarkeit von Entscheidungs-unterstützungssystem ist dies keine leichte Aufgabe.

Bei Onlineverfahren liefern Sensoren die Information fürdie unmittelbar anschließende Bewirtschaftungsmaß-nahme, d. h. die relevanten Merkmale (etwa der Stick-stoffbedarf des Pflanzenbestands) werden anhand vonoptischen, mechanischen oder biochemischen Eigen-schaften des Standorts oder Pflanzenbestands indirekt aufdem Feld erfasst und die entsprechenden Maßnahmen(z. B. die Applikation eines Stickstoffdüngers) unmittel-bar daran gekoppelt ausgeführt. Dieser Ansatz ist beson-ders geeignet für Maßnahmen, die auf sich zeitlichschnell verändernde Boden- und Pflanzeneigenschaften(z. B. Stickstoffversorgung oder Grad der Verunkrautung)reagieren. Erste praxisreife Anwendungen von Online-verfahren existieren für die Stickstoffdüngung und dieUnkrautbekämpfung. Die ausreichend genaue und kos-tengünstige Datenerfassung mittels Sensoren ist für vieleAnwendungsbereiche noch im Stadium der Forschungund Entwicklung, so dass dies derzeit eine bedeutendeSchwachstelle von Onlineverfahren darstellt. Bei der Ent-wicklung von sensorbasierten Datenerfassungssystemen


sind insbesondere folgende Schwierigkeiten zu überwin-den:

– Störgrößen (z. B. Belichtungsverhältnisse) sind auszu-schalten sowie eine umfangreiche Eichung und Kali-brierung (z. B. Anpassung an verschiedene Sorten) istunter Feldbedingungen durchzuführen.

– Viele mit Sensoren erfassbare Pflanzenparameter wer-den durch verschiedene maßnahmenunabhängige Fak-toren beeinflusst (z. B. verändern neben Pilzbefallauch Nährstoffmangel und Trockenstress die Chloro-phyllfluoreszenz), so dass von den Sensordaten nichtunmittelbar auf die Ausgestaltung der Bewirtschaf-tungsmaßnahme geschlossen werden kann.

Eine weitere Schwachstelle von Onlineverfahren sind– wie bei den Offlineverfahren auch – die fehlendenpflanzenbaulichen Regeln zur Interpretation der erfasstenSensordaten und zur Ableitung gesicherter Entschei-dungsalgorithmen für die (semi)automatische Umsetzungvon Sensorinformationen in Applikationsmaßnahmen.Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, dass die Nach-vollziehbarkeit der Algorithmen zur Steuerung der Appli-kationstechnik für die Akzeptanz bei den Landwirten vonBedeutung ist. Es wird erwartet, dass zukünftig Kombina-tionen von Offline- und Onlineverfahren – also Sensoran-sätze mit Kartenüberlagerung – an Bedeutung gewinnenwerden. Damit werden allerdings auch die Anforderun-gen an Datenverwaltung, Dateninterpretation und Ent-scheidungsfindung weiter steigen.

Die Entwicklung der Applikationstechnik für teilflächen-spezifische Bewirtschaftungsmaßnahmen ist weit voran-geschritten. Für viele der relevanten Anwendungsberei-che sind entsprechende Geräte bzw. Landmaschinenverfügbar. Bordcomputer und Jobrechner werden serien-mäßig angeboten und mit dem landwirtschaftlichen BUS(ISOBUS-System) ist ein international normierter undherstellerübergreifender Datenaustausch zwischen denverschiedenen elektronischen Komponenten sicherge-stellt.

III. Anwendungsfelder von Precision Agriculture

Im Folgenden2 wird ein Überblick über die Anwendungs-felder von PA von der Bodenbearbeitung über die Aus-saat, die Grund- und Stickstoffdüngung, die Ausbringungvon Pflanzenschutzmitteln und Wachstumsregulatoren,die Erfassung der Erntemenge und der Qualität des Ernte-guts bis hin zur automatischen Spurführung des Traktorsgegeben. Dabei werden sowohl solche Verfahren behan-delt, die sich noch im Stadium der Forschung und Ent-wicklung befinden, als auch Anwendungen, die bis zurPraxisreife entwickelt wurden oder bereits eine gewisseVerbreitung in der Praxis gefunden haben. Anschließendwird der Nutzen von PA für die Dokumentation der land-wirtschaftlichen Produktion diskutiert sowie der Stand

der nationalen, europäischen und außereuropäischen For-schung im Bereich PA dargestellt.

1. Bodenbearbeitung

Die Bodenbearbeitung dient dazu, Ernterückstände in denBoden einzuarbeiten, die in der organischen Bodensub-stanz enthaltenen Nährstoffe zu mobilisieren, die Un-krautentwicklung zu unterdrücken und die Bodenstrukturzu verbessern. Die Bearbeitung des Bodens kann teilflä-chenspezifisch erfolgen, indem innerhalb eines Feldes dieArbeitstiefe oder die Bearbeitungsintensität variiert wer-den. Da die Arbeit mit dem Pflug oder dem Grubber miteinem verhältnismäßig hohen Kraftstoffbedarf einher-geht, wird von ihrer teilflächenspezifischen Durch-führung insbesondere eine Reduktion des Kraftstoff-verbrauchs erwartet. Darüber hinaus könnte eine an dielokalen Gegebenheiten angepasste Bodenbearbeitungauch dem Erreichen bestimmter Umweltziele (z. B. Ero-sionsschutz) dienen sowie den Ertrag erhöhen, indem diefür die Pflanzenproduktion relevanten Eigenschaften desBodens optimal eingestellt werden.

Variation der Arbeitstiefe

Bei der derzeit üblichen flächeneinheitlichen Bodenbear-beitung geht in die Bemessung der Arbeitstiefe eineReihe von Bodenparametern ein, deren mittlere Ausprä-gung der Landwirt schätzt. Dazu zählen v. a. die Bodenartund -feuchte, der Verdichtungszustand, die Menge der inden Boden einzuarbeitenden Ernterückstände, dieAnsprüche der betreffenden Kulturpflanzen sowievorhandene Unebenheiten (z. B. Spurtiefen). Eine kon-tinuierliche Messung der genannten Parameter als Grund-lage für eine Bewirtschaftung nach dem Onlineansatz istgegenwärtig nicht realisierbar. Erprobt wird deshalb eineteilflächenspezifische Anpassung der Arbeitstiefe nachdem Offlineansatz, bei dem verschiedene der o. g. Para-meter zur Bemessung der Arbeitstiefe verwendet werden.Eine tiefe Bodenbearbeitung (20 bis 25 cm) wird als not-wendig erachtet in allen Bereichen, in denen dasBodengefüge von Dichtlagerung gefährdet ist, wenn Ver-nässungsmerkmale vorhanden sind, wenn der Humusge-halt zu gering ist sowie zusätzlich in Kuppen- und Sen-kenbereichen3. In den anderen Fällen wird eine flacheBodenbearbeitung (rund 10 cm) als ausreichend angese-hen. Die erforderlichen Daten können den Karten der Bo-denschätzung, Messungen der elektrischen Leitfähigkeit,Bohrstockproben oder einem digitalen Geländemodellentnommen werden. Im Rahmen des BMBF-Verbundpro-jekts preagro wurde in einer Kooperation zwischen derFirma Amazonenwerke und der Forschungsanstalt fürLandwirtschaft Völkenrode (FAL) ein Aggregat mit ge-triebenen bzw. gezogenen Saatbettbereitungswerkzeugenentwickelt, dessen Arbeitstiefe sich gemäß einer Applika-

2 Das Kapitel basiert in weiten Teilen auf dem Gutachten von Ehlert etal. (2004).

3 Der Lockerungsbedarf in den Senken wird aufgrund häufig auftreten-der hydromorpher Erscheinungen angenommen; an den Kuppen wirdmit schlechter Bodenstruktur durch geringen Humusgehalt gerech-net.


tionsdatei steuern lässt. In der Praxis spielt dieses Verfah-ren bislang jedoch keine Rolle.

Ein anderer Ansatz zur Steuerung der Arbeitstiefe vonLockerungswerkzeugen besteht darin, den spezifischenBodenwiderstand zur Schätzung der Bodendichte tiefen-abhängig zu messen. Seit langem bekannt ist das Handpe-netrometer, ein Gerät, das die zum Eindrücken einer Ke-gelspitze in den Boden erforderliche Kraft sowie diezugehörige Tiefe misst. Davon ausgehend sind neue Lö-sungen entstanden, bei denen an ein Fahrzeug gekoppelteVorrichtungen hydraulisch eingedrückt werden und dabeineben Tiefe und Bodenwiderstand auch den Wassergehaltdes Bodens messen, da dieser die Höhe des Bodenwider-stands mit beeinflusst. Außerdem ist es möglich, die Zug-kraft an einzelnen Bodenbearbeitungswerkzeugen (z. B.Pflugkörper) oder ihnen nachgebildeten Sensoren zubestimmen. Dies kann beim gegenwärtigen Stand derTechnik relativ einfach bei der Ausführung eines Arbeits-ganges gleichzeitig mit einer satellitengestützten Positio-nierung geschehen. In einem neueren Ansatz wird dasGeräusch gemessen, das bei der Bewegung eines keilför-migen Elements durch den Boden entsteht; es verändertsich in Abhängigkeit von der Bodendichte. Auch in Ver-bindung mit den hier genannten Ansätzen besitzt die teil-flächenspezifische Anpassung der Bearbeitungstiefe bis-her keine Praxisrelevanz.

Variation der Bearbeitungsintensität

Die Gefügestabilität (Zerfallsbereitschaft) des Bodenskann innerhalb eines Feldes erheblich variieren. Bei derSaatbettbereitung ist es jedoch erwünscht, ein möglichsthomogenes Saatbett mit kleinen Bodenaggregaten für ei-nen schnellen und gleichmäßigen Feldaufgang des Saat-guts zu schaffen. Dies könnte durch eine kleinräumigeAnpassung der Intensität der Bodenbearbeitung erreichtwerden, etwa durch variieren der Stoßgeschwindigkeitdes Werkzeugs. Hierfür sind in erster Linie getriebeneWerkzeuge (z. B. Kreiseleggen) geeignet.

Die Zerfallsbereitschaft des Bodens ist u. a. abhängig vonder Bodenart und dem Wassergehalt. Keiner dieser Para-meter kann derzeit sensortechnisch erfasst werden, undlediglich die Bodenart lässt sich im Vorfeld der Bearbei-tung auf Grundlage von Kartenmaterial ermitteln. Daherwird für die Variation der Bearbeitungsintensität ein Onli-neansatz diskutiert, dem als Regelgröße nicht der Boden-zustand vor dem Durchgang der Maschine dient, sonderndas Ergebnis der Bearbeitungsmaßnahme in Form der er-reichten Zerkleinerung des Bodens hinter der Maschine,gemessen anhand des Kraftverlaufs eines gezogenen Zin-kens oder durch Bildanalyse. Entsprechende Ansätze sindbisher jedoch über das Versuchsstadium nicht herausge-kommen. Insgesamt sind die Möglichkeiten, auf die ört-lich unterschiedlichen Bodenverhältnisse zu reagieren,noch begrenzt. Neben der Ermittlung des Istzustands desBodens bereitet auch die Bestimmung der Sollvorgabenmit Hilfe geeigneter Modelle noch Schwierigkeiten.Auch die ökonomischen und ökologischen Auswirkungen

einer variablen Bearbeitungsintensität des Bodens sindnoch weitestgehend ungeklärt.

2. Aussaat

Bei der Aussaat ist der Landwirt daran interessiert, einefür die Standortgegebenheiten optimale Bestandsdichtean Kulturpflanzen zu etablieren. Dabei muss er zum einendie Ablagetiefe des Saatguts je nach Kulturpflanzenartden Bodenverhältnissen anpassen, um einen möglichstvollständigen Aufgang zu erhalten; zum anderen orien-tiert er sich bei der Saatstärke (d. h. der Anzahl der Sa-menkörner pro Ackerfläche) an der Ertragskapazität desBodens. Sind die relevanten Bodenparameter innerhalbeines Feldes stark heterogen, so können mit Hilfe einerteilflächenspezifischen Aussaat sowohl die Ablagetiefeals auch die Saatstärke an die lokalen Gegebenheiten an-gepasst werden.

Variation der Ablagetiefe

Die optimale Ablagetiefe für das Saatgut von Kultur-pflanzen ist von Art zu Art unterschiedlich. Sie hängt au-ßerdem von den Bodenverhältnissen, d. h. insbesondereder Bodenfeuchte und der Bodenart ab. Bei sehr hetero-genen Böden ist es für den Landwirt schwierig, eine ge-eignete Ablagetiefe zu bestimmen bzw. bei einheitlicherSaattiefe ist dann nicht auf allen Teilflächen mit einemoptimalen Feldaufgang des Saatguts zu rechnen. Steue-rungskonzepte, die auf Grundlage der relevanten Boden-parameter die Ablagetiefe bestimmen sollten, erwiesensich für die Praxis als zu kompliziert und störanfällig.Eine Ausnahme bilden Fälle, in denen eine stark variie-rende Bodenfeuchte den entscheidenden Faktor darstellt:Dann sollte auf Teilflächen hoher Feuchte die Saattiefevermindert werden. In Gebieten mit lange ausbleibendenNiederschlägen hingegen kann eine Erhöhung der Saat-tiefe empfehlenswert sein, was allerdings für die klimati-schen Bedingungen Deutschlands nur in bestimmten Tro-ckenlagen relevant ist. Insgesamt scheint der Nutzeneiner Saattiefenregelung – am Aufwand gemessen – ge-ring zu sein, so dass diese Richtung gegenwärtig nichtverfolgt wird.

Variation der Saatstärke

Die Erzielung hoher Erträge erfordert eine standortabhän-gige, optimale Anzahl an Pflanzen bzw. Halmen pro Qua-dratmeter. Die Pflanzenzahl entspricht der Anzahl derSaatkörner verringert um die Verluste durch unvollständi-gen Feldaufgang, Tierfraß und Ausfälle während der Ve-getationsperiode. Einige Getreidearten besitzen die Fä-higkeit, durch Bestockung oder Rückbildung von Halmeneine optimale Halmdichte trotz ungünstiger Pflanzenzahlzu erreichen. Dies trifft insbesondere auf Roggen zu.Weizen hingegen besitzt die Fähigkeit zur Bestockungnur bedingt, Mais generell nicht. Je geringer die Besto-ckungsfähigkeit, desto größer ist die Bedeutung einerstandortangepassten Saatstärke. Um die optimale Saat-


stärke für die teilflächenspezifische Aussaat zu ermitteln,wird vorgeschlagen, die Ertragserwartung für das Anbau-jahr zugrunde zu legen. Diese abzuschätzen ist jedochschwierig, ebenso wie die Abgrenzung von Ertragspoten-zialzonen innerhalb eines Feldes. Ansätze bestehen darin,die in den Karten der Bodenschätzung ausgewiesenenAckerzahlen oder die Ertragsverteilung in den vorange-gangenen Jahren als Grundlage für die Erstellung von Er-tragspotenzialkarten zu verwenden. Bei Getreide kanndabei auf die Ertragskartierung mit Mähdreschern zu-rückgegriffen werden, die mittlerweile Stand der Technikist. Auch die Nutzung indirekter Messverfahren ist mög-lich. Dennoch bleibt die Prognose künftiger Erträge starkfehlerbehaftet, da sie verschiedenen, teilweise nicht ab-schätzbaren Einflüssen (z. B. Witterungsverlauf) unter-liegt.

Sämaschinen, die eine teilflächenspezifische Anpassungder Saatstärke ermöglichen, sind bereits auf dem Marktverfügbar. Dazu zählen z. B. pneumatische Drillmaschi-nen, die die Menge des dem Luftstrom zugeführten Saat-guts stufenlos regeln können. Eine neuere Entwicklungstellen Geräte dar, die Samenkörner vor der Ablage in denBoden zählen, so dass Aussaatempfehlungen sehr genaueingehalten werden können (z. B. von der Firma Amazo-nenwerke). Der Effekt variabler Aussaatstärken bei Ge-treide ist infolge der unzureichenden Vorhersage der zuerwartenden Ertragszonen sowie der Bestockungsdyna-mik des Getreides eher gering. So ist nach derzeitigemKenntnisstand nur auf ausgewählten Feldern, insbeson-dere bei hoher Ortstreue des Ertragsmusters über einenlängeren Zeitraum, mit einem Nutzen der Maßnahme zurechnen. Für die teilflächenspezifische Aussaat von Maiskonnten dagegen z. T. positive Wirkungen (z. B. Mehrer-trag) nachgewiesen werden.

3. Düngung

Der Gehalt an Bodennährstoffen ist für ein gutes Wachs-tum der Kulturpflanzen essenziell. Dabei sind insbeson-dere die Nährstoffe Stickstoff, Phosphat, Kalium und Ma-gnesium sowie darüber hinaus der Kalkgehalt vonBedeutung. Die Nährstoffe unterliegen im Boden einerspezifischen Dynamik: Sie werden beim Wachstum derPflanze dem Boden entzogen, in die Biomasse eingebautund mit der Ernte vom Acker entfernt. Je nach Nährstoffkann auch ein Austrag über das Sickerwasser oder dieBodenerosion stattfinden. Beim Stickstoff kommt hinzu,dass er im Zuge vielfältiger Umwandlungsprozesse inverschiedene, teilweise gasförmige Verbindungen über-führt werden kann, die dann – etwa als Lachgas oder Am-moniak – dem System verloren gehen. Aufgrund dergenannten Prozesse sowie in Abhängigkeit von der Boden-art und dem Humusgehalt können die Bodennährstoffge-halte auf heterogenen Flächen mitunter stark variieren.Der Zweck der Düngung besteht darin, durch die Zufuhrgeeigneter Mengen der verschiedenen Nährstoffe eine op-timale Versorgung der Pflanzen zu gewährleisten. Durcheine teilflächenspezifische Variation der Düngung sollen

kleinräumige Unterschiede in der Nährstoffversorgungder Kulturpflanzen und im Nährstoffgehalt des Bodensberücksichtigt bzw. ausgeglichen werden. Hierdurch wer-den zum einen Einsparungen beim Betriebsmitteleinsatz(mit der damit verbundenen Reduktion von Kosten undUmweltbelastungen) und zum anderen eine Erhöhung desErtrags erwartet.

Variation der Grunddüngung und Kalkung

Über die Grunddüngung wird der Boden mit den Makro-nährstoffen Phosphat, Kalium und Magnesium versorgt;die Kalkung dient in erster Linie dazu, einen bestimmtenBoden-pH-Wert einzustellen, der für die Pflanzenverfüg-barkeit der Nährstoffe als optimal gilt. Das angestrebteNährstoffniveau richtet sich dabei zum einen nach demgeschätzten Ertrag der betreffenden Kulturart, zum ande-ren nach dem Nährstoffvorrat im Boden. Unter bestimm-ten Umständen kann eine Korrektur der daran orientiertenDüngermenge nötig sein, etwa um auf bestimmten Teil-flächen (z. B. im Randbereich von Gewässern) Umwelt-ziele einzuhalten.

Für eine teilflächenspezifische Grunddüngung muss so-wohl die Ertragsschätzung als auch die Bestimmung desNährstoffvorrats im Boden teilflächenspezifisch erfolgen.Der Nährstoffgehalt wird anhand von Mischproben ausdem Krumenbereich des Bodens und deren Analyse imLabor bestimmt. Die Rastergröße für die Beprobung beiflächeneinheitlicher Düngung wird von den Ländern vor-gegeben. Landwirte, die teilflächenspezifisch düngenwollen, entscheiden sich häufig für ein feineres Rastermit Rasterflächen von 1 ha Größe. Wegen der hohen Kos-ten einer solchen Bodenbeprobung wird vorgeschlagen,gezielt bestimmte Zonen zu beproben, die als relativ ho-mogen angenommen werden. Solche Zonen sollen ausBodenkarten, Ertragskarten, dem Geländemodell, Mes-sungen der elektrischen Bodenleitfähigkeit o. ä. abgelei-tet werden. Mehrere Untersuchungen zeigen jedoch, dassdie unterstellten Beziehungen zwischen den Nährstoffge-halten und Merkmalen dieser Zonen zwar auf einigen Fel-dern existierten, aber nicht verallgemeinerungsfähig sind(Ehlert et al. 2004, S. 38).

Daneben werden auch alternative Lösungen zur Bestim-mung des Bodennährstoffgehalts entwickelt. Ein Beispielsind multispektrale Reflexionsmessungen des Bodensvom Flugzeug aus. Hierbei wird versucht, durch die Ver-knüpfung der Reflexionswerte bestimmter Wellenlängeneinen Wert abzuleiten, der proportional zu einem gesuch-ten Merkmal ist. Der wesentliche Vorteil dieses Verfah-rens besteht darin, dass große Flächen innerhalb kurzerZeit in hoher Auflösung erfasst und abgebildet werdenkönnen. Auf dieser Basis wäre die Entwicklung einesSensors zur fahrzeuggestützten Bestimmung kleinräumi-ger Nährstoffgehalte denkbar.

Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung des Bodennähr-stoffgehalts ist die Verwendung eines Bodenspektrophoto-meters. Dieses misst die Reflexion der Furchensohle einesspeziellen Werkzeugs, aus der nach umfangreicher Daten-


aufbereitung Beziehungen zum Nitrat- und Kaliumgehaltsowie dem pH-Wert des Bodens abgeleitet werden kön-nen. Schließlich wird auch das Verfahren einer verein-fachten Bodenanalyse vorgeschlagen. Diese basiert aufeiner automatischen, direkten Messung der Nährstoffge-halte im Boden. Kern der Technik ist eine Membran, dieIonen aus einer wässrigen Lösung der Bodenprobe trenntund so ihre Bestimmung möglich macht. Die Messgenau-igkeit dieses Verfahrens ist zwar geringer als die in einemLabor erreichbare; dafür könnten innerhalb einer Minutemehrere Messungen durchgeführt werden. Am weitestenfortgeschritten ist die Entwicklung von Verfahren zurMessung des pH-Werts; Verfahren – z. B. für Kalium –befinden sich in der Entwicklung. Insgesamt jedoch gibtes zur teuren Bodenbeprobung mit anschließender Labor-analyse bislang noch kein alternatives praxisrelevantesVerfahren zur raschen und kostengünstigen Bestimmungdes Bodennährstoffgehalts.

Für eine teilflächenspezifische Ausbringung von Grund-dünger sind Düngerstreuer mit ansteuerbaren Vorrichtun-gen zur Regelung der Ausbringmenge verfügbar. Aller-dings muss der Acker mehrfach überfahren werden, umden Boden mit allen Nährstoffen zu versorgen. Eine Aus-nahme bildet der „TerraGator“ (ein Selbstfahrer derFirma AGCO Corporation), der mit bis zu vier Behälternund entsprechenden Dosier- und Verteileinrichtungen fürfeste und flüssige Dünger aufgerüstet werden kann undmit dem sich mehrere Düngerkomponenten gleichzeitigausbringen lassen. Der Nutzen einer teilflächenspezifi-schen Applikation von Grundnährstoffen wird weniger ineiner möglichen Ertragssteigerung, sondern in erster Li-nie im Einsparpotenzial an der absolut ausgebrachtenMenge an Düngermitteln gesehen (Strecker et al. 2004a,S. 18). Der Nachweis positiver Effekte wird dadurch er-schwert, dass die Grunddüngung i. d. R. nicht jährlich,sondern als Vorratsdüngung in einem Intervall von meh-reren Jahren durchgeführt wird.

Die bisher beschriebenen Düngeverfahren eignen sich le-diglich für eine teilflächenspezifische Ausbringung vonMineraldünger. Diese besitzen einen bekannten Gehalt anpflanzenverfügbaren Nährstoffen. Da die Bodengehalteder einzelnen Nährstoffe innerhalb eines Feldes unter-schiedlich sein können, müsste ihre gezielte Veränderungdurch die Ausbringung von Einnährstoffdünger erfolgen,wobei für jede Düngerart eine separate Applikationsdateierforderlich wäre. In organischen Düngern – z. B. Gülle,dem wichtigsten Dünger der viehhaltenden Landwirt-schaft – hingegen sind immer mehrere Nährstoffe enthal-ten, deren genaue Konzentration nicht bekannt ist und diezudem variieren kann. Hinzu kommt, dass die enthaltenenNährstoffe teilweise noch durch Umwandlungsprozesseim Boden in eine pflanzenverfügbare Form überführtwerden müssen, ein Vorgang, dessen Ablauf im Vorhineinnicht hinreichend genau abgeschätzt werden kann. Des-halb ist die teilflächenspezifische Ausbringung organi-scher Dünger deutlich schwieriger zu bewerkstelligen alsdie mineralischer Dünger. Die Entwicklung von Metho-

den zur teilflächenspezifischen präzisen Ausbringung vonGülle steckt noch im Anfangsstadium (DBU 2006).

Variation der Stickstoffdüngung

Die Stickstoffversorgung in den verschiedenen Entwick-lungsstadien der Kulturpflanzen ist für eine optimale Be-standsentwicklung von entscheidender Bedeutung.Gleichzeitig besitzt Stickstoff eine ausgeprägte Dynamikin Anhängigkeit von den jeweiligen Standort- und Witte-rungsverhältnissen. Aus diesen Gründen wäre eine an dielokalen Gegebenheiten angepasste Steuerung der Stick-stoffzufuhr für die Landwirtschaft von großem Interesse.Gegenwärtig erfolgt die Stickstoffdüngung feldeinheit-lich mit ein bis vier Gaben, wobei die Anzahl der Gabensowie die Düngermenge durch den spezifischen Bedarfder Kulturpflanze entsprechend den Ertragserwartungen,dem Stickstoffvorrat im Boden, dem Wachstumsverlaufund der Wasserverfügbarkeit bestimmt werden.

Ein Ansatz für eine differenzierte Stickstoffdüngung mitMineraldünger in Offlineverfahren besteht darin, anhandvon Ertragskarten der vergangenen Jahre und bestimmtenBodenparametern Ertragszonen festzulegen, denen eineauszubringende Düngermenge zugeordnet ist. Die Eintei-lung erfolgt meist in drei Zonen (Niedrig-, Mittel- undHochertragszone), die nach ihrem jeweils zu erwartendenErtragspotenzial gedüngt werden. Dabei erhalten dieNiedrigertragszonen geringere und die Hochertragszonenhöhere Düngermengen als bei flächeneinheitlicher Nähr-stoffgabe. Die Düngung der Mittelertragszonen orientiertsich i. d. R. am Düngeniveau der einheitlichen Düngerga-ben. Allerdings führen Praxisuntersuchungen zu dieserDüngungsmethode teilweise zu widersprüchlichen Ergeb-nissen: So konnte bei einigen Versuchen mit differenzier-ter Düngung von Winterweizen ein besseres Ergebnis er-zielt werden, wenn die Hochertragszonen wenigergedüngt wurden als die Niedrigertragszonen (Godwin etal. 2003). Ursache hierfür sind u. a. die großen Unsicher-heiten bei der Berücksichtigung der Stickstoffdynamik imBoden sowie der Umstand, dass neben der Stickstoffver-sorgung auch andere Bodenparameter (etwa der Wasser-gehalt) für die Bestandsentwicklung ausschlaggebendsein können.

Aus diesem Grund wird in Onlineverfahren versucht, diekleinräumige Differenzierung der Stickstoffgabe aufGrundlage von Parametern durchzuführen, die in Echtzeitgewonnen werden können. Wenngleich auch hierbei vonden erhobenen Daten auf die benötigte Düngermenge ge-schlossen werden muss, ist die Unsicherheit doch gerin-ger, nicht zuletzt dadurch, dass keine zeitliche Verzöge-rung zwischen der Messung und der Düngergabe erfolgt.Als Zeiger für den Nährstoffbedarf dient hier ab der zwei-ten Stickstoffgabe i. d. R. die Pflanze selbst. Tabelle 4gibt einen Überblick über die verschiedenen Online-ansätze zur teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung.

Zur Abschätzung der Stickstoffversorgung der Kultur-pflanzen werden beispielsweise optoelektronische Senso-


Ta b e l l e 4

Onlineansätze zur teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung

Quelle: eigene Darstellung

Datengrundlage System/Technologie

optoelektronische Daten (Grünfärbung) Yara N-Sensor®

optoelektronische Daten (Grünfärbung, mit Lichtquelle) GreenSeeker®

laserinduzierte Chlorophyllmessung MiniVeg N-Lasersystem

Bodenleitfähigkeit Soil Doctor®

Pflanzenmassedichte CROP-Meter

ren verwendet, etwa der Yara N-Sensor® (früher Hydro-N-Sensor), der auf dem Fahrzeugdach montiert wird. Die-ser Sensor liefert etwa 150 Messwerte/ha über die Grün-färbung der Pflanzen, mit Hilfe derer die Stickstoffgabekulturart- und sortenspezifisch bemessen werden kann.Voraussetzung für einen störungsfreien Einsatz des Sen-sors sind gesunde Pflanzenbestände, die ausreichend mitden anderen Nährstoffen und Wasser versorgt sind. We-gen des passiven Messprinzips ist die Verwendung desSensors außerdem nur bei ausreichenden Lichtverhältnis-sen möglich. Der Yara N-Sensor® ist seit 1998 auf demMarkt und inzwischen rund 180 Mal in Deutschland ver-kauft worden. Er wird in Getreide, Mais und Raps einge-setzt und auf rund 400 000 ha Ackerfläche angewandt(Anonym 2005b; Leithold 2004, S. 26 f.).

In den USA wird zur teilflächenspezifischen Stickstoff-düngung der „GreenSeeker®“ der Firma NTech Industriesgenutzt. Auch diese Technik basiert auf einem optischenSensor, ist jedoch zusätzlich mit einer künstlichen Licht-quelle ausgestattet, so dass das Gerät auch bei Nacht ein-gesetzt werden kann. Für die Ausbringung von Flüssig-dünger werden die einzelnen Sensoren auf demSpritzbalken von Pflanzenschutzspritzen installiert undsteuern direkt die Ventile zur Dosierung der Applikations-menge. In Deutschland ist der GreenSeeker® bislangnicht erhältlich.

Mit dem „Soil Doctor® System“ der Firma Crop Techno-logy ist in den USA ein weiteres Onlineverfahren zur teil-flächenspezifischen Stickstoffdüngung im Einsatz. Diesesnutzt die Messung der elektrischen Bodenleitfähigkeit,um auf die Stickstoffversorgung und den Stickstoffbedarfder Kulturpflanzen zu schließen. Zum gegenwärtigenZeitpunkt ist keine Tendenz zur breiteren Einführung des„Soil Doctor® Systems“ in die deutsche Landwirtschafterkennbar.

Eine Neuentwicklung stellt das „MiniVeg N-Lasersys-tem“ der Firma Fritzmeier dar. Über eine laserinduzierteChlorophyllmessung kann auf den Stickstoffgehalt derPflanze geschlossen werden; zudem bestimmt das Verfah-ren die Höhe und Dichte des Pflanzenbestands. Das La-

sersystem wird als seitwärts ausfahrbarer Ausleger amFrontkraftheber der Landmaschine montiert und steuert inAbhängigkeit von der Stickstoffversorgung den Dünger-streuer in Echtzeit. Untersuchungen über die Effekte desSystems unter Praxisbedingungen liegen bislang nochnicht vor.

Am Institut für Agrartechnik in Bornim (ATB) wurde einmechanisches Verfahren zur Erfassung der Heterogenitätvon Kulturpflanzenbeständen entwickelt, das für eineteilflächenspezifische Stickstoffdüngung wie auch fürteilflächenspezifische Pflanzenschutzmaßnahmen ver-wendet werden kann. Kernbestandteil des so genannten„CROP-Meters“ ist ein Pendel, das als Frontzusatzgerätan Traktoren und selbstfahrende Landmaschinen ange-bracht wird (Abb. 5). Beim Durchfahren des Pflanzenbe-stands wird das Pendel ausgelenkt, wobei die Auslenkungim Wesentlichen durch die Dichte der Pflanzenmasse proFlächeneinheit bestimmt ist. Die auszubringende Dünger-menge wird in Echtzeit berechnet und über eine geeigneteApplikationstechnik ausgebracht. Das CROP-Meter wirdseit 2004 in der Praxis eingesetzt; nach Angaben vonLeithold (2004, S. 27) sind in Deutschland bislang achtExemplare im Einsatz.

Neben den genannten Offline- und Onlineverfahren zurteilflächenspezifischen Stickstoffdüngung besteht auchdie Möglichkeit, die beiden Ansätze zu kombinieren, dajeder sich durch spezifische Vor- und Nachteile auszeich-net: Mit dem Offlineansatz werden kleinräumig variie-rende Nährstoffgehalte im Boden bei der Düngung be-rücksichtigt. Onlineverfahren hingegen messen dieNährstoffversorgung der Pflanzen; zudem setzt ihr Ein-satz kein Positionierungssystem voraus. KombinierteSysteme können durch Zusammenführen von Ergebnis-sen beider Verfahren auf einer breiteren Datenbasis dieerforderliche Düngemenge berechnen. Dadurch soll einebessere Anpassung an den tatsächlichen Stickstoffbedarfder Pflanzen im Vegetationsverlauf und deren Deckungdurch Bodennährstoffe sowie eine noch genauere Bestim-mung des Düngebedarfs möglich sein. Allerdings befin-den sich die kombinierten Systeme derzeit noch in derEntwicklung.


A b b i l d u n g 5

CROP-Meter zur Messung der Pflanzenmassedichte für die Stickstoffdüngung


4. Pflanzenschutz

Die wichtigsten Pflanzenschutzmaßnahmen richten sichgegen Unkräuter, Pilz- und Insektenbefall, wobei im kon-ventionellen und integrierten Landbau i. d. R. chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel (PSM) zum Einsatzkommen. Zusätzlich werden im Getreideanbau Wachs-tumsregler eingesetzt: Diese verringern das – vor allembei hoher Stickstoffversorgung (zu) starke – Längen-wachstum der Halme und verhindern so die Entstehungvon Lagergetreide. Im ökologischen Landbau, der auf denEinsatz chemisch-synthetischer PSM verzichtet, werdenstattdessen präventive pflanzenbauliche Maßnahmen,mechanische oder thermische Verfahren der Unkrautbe-kämpfung sowie unter restriktiven Bedingungen eine An-zahl von v. a. biologischen und auf Kupfer basierendenPräparaten verwendet. Pflanzenschutzmaßnahmen sindfür die Ertragssicherung essenziell, aber auch mit einemgroßen monetären Aufwand verbunden; außerdem kön-nen sie unerwünschte Umweltwirkungen verursachen(z. B. Rückstände im Grund- bzw. Oberflächenwasser,Gefährdung von Nützlingen, Rückgang der Artenviel-falt).

Da Unkräuter, Krankheiten und Schädlinge meist nichtden gesamten Kulturpflanzenbestand befallen, sondernnur bzw. hauptsächlich auf bestimmten Teilflächen auf-treten, könnte bei einer gezielten teilflächenspezifischenApplikation von PSM der gleiche Bekämpfungserfolg er-reicht werden wie bei einer flächeneinheitlichen Behand-lung, bei einer gleichzeitigen Reduktion der ausgebrach-ten PSM-Menge und der damit verbundenen Kosten.Teilflächenspezifische Pflanzenschutzmaßnahmen kamenbereits in den 1960er und 1970er Jahren auf dem Gebietder Insektenbekämpfung zur Anwendung. Neue PA-Technologien sollen heute weitere Anwendungen ermög-

lichen. Als Datenbasis für entsprechende Pflanzenschutz-maßnahmen werden – je nach Anwendung – kleinräumigerfasste Daten zum Unkraut-, Krankheits- oder Schäd-lingsbefall sowie zu den aktuellen Witterungsbedingun-gen benötigt. Im Pflanzenschutz werden Offlineverfahrenderzeit lediglich zur Unkrautbekämpfung und bei derAusbringung von Halmverkürzungsmitteln in Getreideherangezogen. Bei der teilflächenspezifischen Bekämp-fung von Pilz- und Schädlingsbefall werden dagegenOnlineverfahren – etwa auf Basis des CROP-Meters –verwendet.

Herbizideinsatz

Unkräuter konkurrieren mit den Kulturpflanzen um dieRessourcen Wasser, Nährstoffe und Licht. Sind sie aufdem Acker stark vertreten, so führt dies zu einer subopti-malen Entwicklung der Kulturpflanzen mit der Folge vonErtragseinbußen. Darüber hinaus können damit auch Er-schwernisse bei der Ernte sowie höhere Reinigungskostendes Ernteguts einhergehen (Lettner et al. 2001, S. 108).Nach Expertenschätzungen werden in Deutschland 80 bis95 Prozent der Raps- und Getreideflächen mit Herbizidenbehandelt, ebenso 99 Prozent der Zuckerrüben- undMaisflächen sowie rund 30 Prozent der Kartoffelflächen(Zwerger et al. 2004, S. 32). Die Unkräuter sind meistnicht homogen auf dem Acker verteilt, sondern tretenkonzentriert auf bestimmten Teilflächen auf, z. B. inForm so genannter Unkrautnester (z. B. bei Quecke,Ackerkratzdistel oder Trespenarten). Für eine teilflächen-spezifische Unkrautbekämpfung muss diese räumlicheVerteilung des Unkrautbestands bestimmt werden. Davonausgehend kann der zu erwartende wirtschaftliche Scha-den abgeschätzt und bei Überschreiten der wirtschaftli-


chen Schadensschwelle der genaue Ort einer teilflächen-spezifischen Maßnahme bestimmt werden.

Die Erfassung der Unkrautverteilung kann im Rahmenvon Offlineverfahren mit Hilfe von Satelliten- oder Luft-bildern erfolgen. Je nach Auflösung sind bei diesen An-sätzen zwar Unkrautnester, nicht jedoch einzelneUnkrautpflanzen erkennbar. Ein denkbares Anwendungs-gebiet für diese Verfahren ist die Unkrautbekämpfung aufabgeernteten Feldern, weil hier das Grün der Unkrautnes-ter auf den Fernerkundungsbildern vom Gelb der Getrei-destoppel unterschieden werden kann. Mit GeografischenInformationssystemen und Bildbearbeitung lassen sichdie Nester georeferenzieren und nach Bearbeitung derDaten mit computergestützten EntscheidungsmodellenApplikationskarten erstellen. Dieses Vorgehen ist aller-dings nur bei großen Feldern lohnenswert. Die manuelleBonitur der Verunkrautung stellt eine andere Möglichkeitder Datenerfassung dar, die jedoch sehr zeit- und kosten-intensiv ist, da man hierfür bis zu zweieinhalb Stunden/habraucht.

Weitere Ansätze bestehen in der Verwendung neuronalerNetze unter Nutzung von Daten eines Spektrophotome-ters bzw. im Einsatz von multispektralen Digitalkamerasmit nachgeschalteter Bildverarbeitung, die eine artenbe-zogene Unkrauterkennung sowie die Unterscheidung zurKulturpflanze möglich machen. Die mit Hilfe der Digital-kamera erfassten Bilder werden mit einer Datenbank ver-glichen und darauf aufbauend wird eine Applikations-karte zur selektiven Bekämpfung der Unkräuter erstellt.Der ganzjährige Einsatz dieses Systems ist derzeit nochnicht möglich, da sich die Pflanzen im Zeitverlauf starkverändern und es hierdurch zu gewissen Unsicherheitenbei der Bestimmung der Unkräuter kommt (Ganzelmeier2004, S. 94).

Onlineverfahren besitzen gegenüber Offlineverfahren aufBasis von Fernerkundungsdaten den Vorteil, dass Infor-mationen über den aktuellen Unkrautbesatz mit einer hö-heren räumlichen Auflösung gewonnen werden können.Zudem ermöglichen sie eine zeitnahe Erkennung und Be-kämpfung der Unkräuter. Forschung und Entwicklungkonzentrieren sich auf Verfahren zur Unkrauterkennungmittels optoelektronischer Sensoren in Verbindung mitBildanalysetechniken. Diese Verfahren basieren darauf,dass Licht im Rot- und Infrarotbereich von grünen Pflan-zen anders reflektiert wird als vom umgebenden Bodenbzw. abgestorbenen Pflanzenteilen. Dieses Messprinzipist sehr empfindlich gegenüber den Umgebungsbedingun-gen. Natürliche Veränderungen in der spektralen Zusam-mensetzung des Umgebungslichts durch Wolkenbildungoder unterschiedlichen Sonnenstand, Unterschiede in derBodenfarbe (Sand oder Moor) sowie die Stellung derPflanzenblätter zur Reflexionsachse, bewirken erheblicheMesswertabweichungen. Für den Praxiseinsatz müssendie Onlineverfahren die Unkräuter erstens sicher und ineinem möglichst frühen Entwicklungsstadium erkennen,und zweitens praxisübliche Fahrgeschwindigkeiten von10 km/h und mehr ermöglichen.

Bei der bereits auf dem Markt verfügbaren „Spot-Spraying-Technik“ (z. B. Detectspray®) befindet sich vor

jeder Herbiziddüse ein optoelektronischer Sensor. Bei Er-kennung von „Grün“ wird ein Magnetventil geöffnet unddie erforderliche Herbiziddosis appliziert. Die Verwen-dung von sensorgestützten Ansätzen zur differenziertenUnkrautbekämpfung beschränkt sich allerdings derzeitauf Kulturen mit weiten Reihenabständen (z. B. Mais undZuckerrüben), die Herbizidbehandlung vor dem Auflau-fen der Kulturpflanzen sowie u. a. auf Anwendungen imBereich von Bahnschienen (Ehlert/Dammer 2002,S. 277). In Kulturen mit engem Reihenabstand (z. B. Ge-treide und Raps) ist der Einsatz optoelektronischer Sys-teme noch nicht praxisreif (Ehlert/Dammer 2002; Lettneret al. 2001, S. 121). Systeme, die mehr als zwei verschie-dene Wellenlängen des Lichts nutzen, sind in der Ent-wicklung. Eine erste „sehende“ Feldspritze, die mit Hilfevon photooptischen Sensoren verschiedene Unkräuterund Ungräser nach Art und Menge untereinander und vonden Kulturpflanzen unterscheiden kann, ist nach lang-jähriger Entwicklungszusammenarbeit von der FirmaKverneland mit den Universitäten Hohenheim und Bonnbis zur Praxisreife entwickelt worden. Durch die PSM-Applikation mit der Drei-Kammer-Spritze, die bis zu dreiverschiedene Wirkstoffe verteilen kann, ist es möglich,die PSM nur dort auszubringen, wo der Bestand an Un-kräutern (und Ungräsern) die Schadensschwelle über-schreitet, und die Ausbringmenge an den Befallsdruckanzupassen (Anonym 2005a).

Da im ökologischen Landbau auf den Einsatz chemisch-synthetischer PSM verzichtet wird, spielen hier die me-chanische Unkrautregulierung und die thermischeUnkrautregulierung (mittels Flammen, heißer Luft oderheißem Wasserdampf) eine wichtige Rolle. Bei der me-chanischen Bekämpfung von Unkräutern wird versucht,diese mit Hilfe geeigneter Geräte (insbesondere Hackenoder Striegel) auszureißen bzw. zu beschädigen und soihre Entwicklung zu unterbinden. Ein Ansatz für die Nut-zung von PA in der mechanischen Unkrautbekämpfungstellt die sensorgesteuerte Querhacke dar: Diese soll in-nerhalb der Reihe Unkräuter von Kulturpflanzen unter-scheiden und somit eine selektive mechanische Bekämp-fung ermöglichen. Einer kommerziellen Fertigung undVermarktung der Querhacke stehen bislang zu hohe Kos-ten sowie eine zu geringe Schlagkraft entgegen. Für eine„echte“ teilflächenspezifische mechanische oder thermi-sche Unkrautregulierung müsste – analog zur konven-tionellen Unkrautbekämpfung mit PSM – der Unkraut-bestand kleinräumig differenziert erfasst werden.Insbesondere bei thermischen Verfahren könnte durcheine solche Differenzierung der relativ hohe Bedarf anfossilen Brennstoffen und die damit verbundenen Kostenund CO2-Emissionen reduziert werden.

Variation des Fungizideinsatzes

Pilzliche Krankheitserreger, wie z. B. die Fusarien im Ge-treidebau oder Phytophthora infestans als Erreger derKraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln, zählen zu den be-deutendsten Schaderregern in der Landwirtschaft. Ent-sprechend spielt die Ausbringung von Fungiziden einebedeutende Rolle in der Ertragssicherung. Dies zeigt sichauch daran, dass fast ein Drittel (10 000 t) der im Jahr


2003 in Deutschland verkauften Menge an PSM (insge-samt: 35 000 t) Fungizide waren (BMVEL 2004a). Einegezielte Bekämpfung von Pilzkrankheiten auf Teilflächenist schwierig, da die Ausbreitung der Krankheitserregerdurch das komplexe Zusammenspiel zahlreicher Faktorenbestimmt wird, die zum einen die Anfälligkeit der Pflan-zen, zum anderen die Vermehrung der Pilze beeinflussen(Standortbedingungen, Sortenanfälligkeit, Stickstoffdün-gung, aktuelle Witterung usw.). Von Bedeutung für denInfektionsverlauf ist außerdem die Menge und Verteilungder Erreger, die praktisch nicht vorhergesagt werdenkann, da Pilzinfektionen in der Inkubationszeit häufigohne Symptome verlaufen. Ansätze für Offlineverfahren,die auf Basis von Standort- und Pflanzenparametern Ap-plikationskarten erstellen, existieren daher bislang nur fürspezielle Anwendungen: So wurde in Weinlagen Kalifor-niens mit Hilfe von Multispektralbildern des SatellitenIKONOS der Blattflächenindex gemessen, der mit demAuftreten von Pilzkrankheiten korreliert. Die Verwen-dung von Nahinfrarot-Spektrometern zur Erkennung ei-nes Krankheitsbefalls stellt eine interessante Alternativezur Detektion von Pilzbefall dar; sie ist jedoch noch zuteuer, um in der landwirtschaftlichen Praxis eingesetztwerden zu können.

Zurzeit sind keine fahrzeuggestützten Sensoren für einenOnlineansatz verfügbar, die einen Krankheitsbefall anzei-gen bzw. den zugehörigen Krankheitserreger bestimmenkönnen (Ehlert/Dammer 2002, S. 277). Es ist jedochmöglich, die Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, mit derauf bestimmten Teilflächen mit einer Pilzinfektion zurechnen ist. In entsprechenden Prognosemodellen undExpertensystemen spielt der Witterungsverlauf zur Simu-lation einer Befallssituation eine wichtige Rolle, da dieserden größten Einfluss auf die Entwicklung von Pflanzen-krankheiten hat. Die relevanten Parameter können sehrkleinräumig variieren: So ergaben Temperaturmessungeninnerhalb eines heterogenen Feldes Differenzen von biszu 7,5 °C zum Ährenschieben des Winterweizens. Die er-rechneten Infektionswahrscheinlichkeiten für die jeweili-gen Erreger signalisieren dem Landwirt, dass er die ge-fährdeten Bestände kontrollieren muss, um bei Erreichenbestimmter Schadensschwellen gezielt Pflanzenschutz-maßnahmen einzuleiten. Dies kann dazu beitragen, dasseine Pilzkrankheit bereits im Frühstadium erkannt und er-folgreich bekämpft wird, was den Fungizidaufwand ver-ringern würde. Die Wetterstationen des Deutschen Wet-terdienstes können kleinräumige Wetterphänomene nichterfassen; da deren Kenntnis für o. g. Zwecke jedoch nötigist, bieten sich kleine Wetterstationen zur spezifischenFeldüberwachung an.

Zur Erkennung von Pilzbefall mit Hilfe von Sensoren gibtes verschiedene Forschungsansätze. Ein Verfahren basiertauf der Eigenschaft des Chlorophylls, einen geringen Teildes von ihm absorbierten Lichts – etwa 2 bis 3 Prozent –im dunkelroten Spektralbereich als Fluoreszenzlicht ab-zustrahlen (Chlorophyllfluoreszenz). In Stresssituationenwird die Nutzung der Lichtenergie für die Photosynthesegestört und durch den damit verbundenen „Energierück-stau“ die Fluoreszenz verstärkt. Allerdings zählen zu dendie Fluoreszenz erhöhenden Stressfaktoren außer Pilzbe-

fall auch Hitze, Kälte, Trockenheit und Nährstoffmangel.Wenn von einer Messung der Chlorophyllfluoreszenz aufPilzinfektionen geschlossen werden soll, müssen daherdie o. g. weiteren Einflussfaktoren berücksichtigt bzw.ausgeschlossen werden. Untersuchungen zum Einsatz derChlorophyllfluoreszenzanalyse unter Praxisbedingungenexistieren bislang nicht. Vorgesehen ist die Aufnahme derFluoreszenz mit Hilfe von fahrzeuggestützten Lasersyste-men, was den Vorteil hätte, dass der „Pflanzenstress“ imFeld sehr kleinräumig detektiert werden könnte; zudemwären Messungen auch nachts möglich. Allerdings sindggf. zusätzlich zeitaufwendige Feldbegehungen nötig, umdie o. g. anderen möglichen Stressursachen auszuschlie-ßen.

Ein zweiter Ansatz zur teilflächenspezifischen Fungizid-anwendung nutzt die Analyse von Multispektralbildern,um Pathogene auf der Pflanzenoberfläche zu erkennen.Verschiedene Wellenlängen werden eingesetzt, um mitHilfe bestimmter Indizes kranke von gesunden Blätternzu unterscheiden. In einer Untersuchung über den Befallmit Weizenbraunrost gelang diese Unterscheidung aller-dings erst zu einem fortgeschrittenen Entwicklungssta-dium, als es für einen Fungizideinsatz bereits zu spät war.Auch die Oberflächentemperatur der Blätter kann als In-dikator für einen möglichen Pilzbefall verwendet werden,da ein Pilzbefall die Transpiration, d. h. die Verdunstungvon Wasser auf der Pflanzenoberfläche verändert, waswiederum Einfluss auf die Oberflächentemperatur hat.Allerdings unterliegt auch die Blatttemperatur wiederzahlreichen weiteren Einflussfaktoren (z. B. der Wasser-versorgung der Pflanze), die bei der Analyse berücksich-tigt werden müssten. Die „Temperaturmethode“ befindetsich im Forschungsstadium – ob eine Praxiseignung er-reicht werden kann, ist derzeit noch nicht abschätzbar.

Schließlich können auch lebende Organismen oder Teilevon ihnen genutzt werden, um pilzinfizierte Pflanzen imBestand auszumachen. So wurde beispielsweise ein Bio-sensor entwickelt, bei dem die Antennen des Kartoffelkä-fers benutzt werden, um Befallsherde der Kraut- undKnollenfäule (Phytophthora infestans) in Kartoffelbestän-den zu identifizieren. Duftstoffe, die von den befallenenStellen ausgehen, werden von den Antennen in elektri-sche Signale umgewandelt. Ein Nachteil dieser Methodeliegt in der geringen Lebensdauer der Antennen und derdaraus folgenden häufigen Neubestückung.

Ein anderes, sehr einfaches Verfahren zur differenziertenFungizidapplikation im Kulturpflanzenbestand verwendetnicht den Pilzbefall als Kriterium, sondern die Pflanzen-dichte. Diese ist in heterogenen Feldern variabel, d. h. inbestimmten Teilbereichen stehen die Pflanzen dichterbzw. sind kräftiger als in anderen. Ziel des Verfahrens istes, eine annähernd gleiche Konzentration der fungizidenSubstanz auf der Pflanzenoberfläche zu erreichen. In we-niger wüchsigen Teilflächen muss demzufolge wenigerSpritzbrühe ausgebracht werden als in wüchsigen. AlsSensor dient der CROP-Meter, dessen Ausschlagwinkelmit der Pflanzenmasse und damit auch mit der Blattober-fläche der Pflanzen positiv korreliert ist (Kap. III.3). Da-bei kann die Fungizidmenge im Echtzeitverfahren ange-


passt werden. Inzwischen sind spezielle Feldspritzenverfügbar, die eine automatische Anpassung der Applika-tionsmenge während der Fahrt erlauben. Die möglicheSpanne der Applikationsmenge hängt dabei von derSpritztechnik und der Düsenwahl ab. Standarddüsen er-möglichen i. d. R. nicht die erforderliche Variationsbreite.Hingegen sind mit Zweistoffdüsen (Luft-/Flüssigkeitsdü-sen, z. B. dem „AirMaric“ von der Firma TeeJet) Variati-onsbreiten von etwa eins zu drei zu erreichen. Feldsprit-zen mit Mehrfachdüsenträgern (z. B. dem „VarioSelect®“von der Firma Lechler) erlauben das Ausbringen derSpritzbrühe in einem relativ breiten Mengenbereich voneins zu acht.

Variation des Insektizideinsatzes

Für eine teilflächenspezifische Bekämpfung von Schadin-sekten müssen besondere Bedingungen berücksichtigtwerden. Im Gegensatz zu Unkräutern und Pilzbefall sindInsekten in hohem Maße mobil – zwischen der Erfassungdes Insektenbefalls und einer entsprechenden Bekämp-fungsmaßnahme darf daher nur sehr wenig Zeit vergehen.Manuelle Bonituren sind wie bei der Unkrautbekämpfungzu arbeitsaufwendig. Zwar können Farbschalen und Phe-romonfallen verwendet werden, um die Insekten anzulo-cken und dabei ihre Flugaktivität zu messen; allerdingslässt sich auf diese Weise kaum ein Ortsbezug herstellen,da Insekten aus der Umgebung angezogen werden.

Grundsätzlich wäre es – analog zur Behandlung von Pilz-krankheiten – möglich, für Teilflächen die Wahrschein-lichkeit eines Insektenbefalls abzuschätzen, sofern Para-meter bekannt sind, die dies für betreffende Insektenartenermöglichen. Allerdings liegen Untersuchungen auf die-sem Feld nicht vor. Ein Verfahren, das auf einem direktensensortechnischen Nachweis von Schadinsekten in Kul-turpflanzen basiert, ist die Radarmethode. Sie wird bereitserfolgreich zum Langzeitmonitoring von Insekten ange-wandt, die zu Massenvermehrungen neigen (z. B.Wanderheuschrecken). Für eine teilflächenspezifischeSpritzentscheidung ist jedoch auch die Radarmethode un-geeignet, da stationäre Bodenradars nur einen begrenztenLuftraum überwachen und daher nur den Zeitpunkt desEinwanderns von Insekten in das Feld anzeigen könnten.

Variation des Wachstumsreglereinsatzes

Wachstumsregulatoren werden im Getreideanbau einge-setzt, um das Längenwachstum der Halme zu reduzierenund so die Entstehung von Lagergetreide zu verhindern.Auf heterogenen Feldern müssen die Pflanzen in schwachwüchsigen Teilbereichen nicht so stark zum Erzielen dernotwendigen Standfestigkeit eingekürzt werden als instärker wüchsigen. Das Expertensystem proPlant kanngenutzt werden, um zu differenzierten Mengenempfeh-lungen in Form einer Applikationskarte zu gelangen (Off-lineansatz). Zur Bestimmung der Bestandsdichte kannauch auf einen CROP-Meter (Pendelsensor) zurückge-griffen werden. Unter Praxisbedingungen wurde dieserAnsatz als Offlineverfahren im Rahmen des preagro Ver-bundprojekts zur Applikation von Chlormequat-Wachs-tumsregler in Winterweizen erprobt. Eine Onlineapplika-

tion ist prinzipiell ebenfalls möglich, sofern es sich umspät einsetzbare Wachstumsregler (z. B. auf Basis desWirkstoffs Trinexapac) handelt.

5. Ernte

Die Ertragskartierung im Zuge der Ernte stellt ein wich-tiges Element von PA dar (Kap. II.2). Sie ist jedochvielmehr eine Informationsgrundlage für die teilflächen-spezifische Bewirtschaftung als eine eigentliche PA-An-wendung.

Bereits seit mehreren Jahren wird die mengenmäßige Er-tragsmessung im Mähdrescher forciert. Anschließendwurden Feuchtemessungen und später Karten der standar-disierten Kornfeuchte erstellt. Die Ertragskartierung miteiner angeschlossenen Feuchtebestimmung ist notwen-dig, um Fehler in der Erfassung der Erntemenge zu mini-mieren. Für die Feuchtebestimmung gibt es zwei Mög-lichkeiten, entweder in der Korntankbefüllschnecke oderim Bypasssystem am Körnerelevator. Diese Sensoren ar-beiten mit einem Fehler von ca. 1 bis 20 Prozent bzw.2 bis etwa 35 Prozent Kornfeuchte. Bei über 40 ProzentFeuchte sind sie nicht mehr einsetzbar.

Ähnlich den Ertragsschwankungen existieren teilflächen-spezifisch auch Schwankungen der Anteile an Wert be-stimmenden Inhaltsstoffen. Forschung und Entwicklungsind dabei, die qualitätsbestimmenden Faktoren desErnteguts während der Ernte zu erfassen und an die geo-referenzierten Daten anzuhängen. Ein Ansatz ist dieNahinfrarot-Spektroskopie (NIRS), ein schnelles berüh-rungsloses Verfahren zur Ermittlung von qualitätsbestim-menden Inhaltstoffen (z. B. Gehalt an Protein, Öl, Stärke)im Druschgut (Abb. 6): Eine Lichtquelle bestrahlt die zuuntersuchende Probe. Das von der Probe reflektierteLicht wird von einem Spektrometer erfasst. Es ermitteltim Wellenlängenbereich von etwa 900 bis 1 700 nm zujeder Wellenlänge die Reflektion und stellt die Daten alsSpektrum dar.

Die optischen Informationen gehen in eine Kalibrations-gleichung ein mit deren Hilfe die Konzentration der ge-suchten Komponente (z. B. Proteingehalt) errechnet wer-den kann. Diese Messtechnik kann in den Mähdrescherintegriert werden, um die Qualität des in einem Bypassfließenden Getreides zu messen. Neben der technischenRealisation des Verfahrens liegt die Hauptaufgabe derEntwicklungsarbeit darin, hinreichend genaue, spezifi-sche Kalibrierungen zu entwickeln. Diese sollen die Re-flektionswerte der NIRS-Sensoren in möglichst präziseWerte für den Proteingehalt umwandeln. Die Kalibrierun-gen für den Protein- und Feuchtegehalt von Winterweizenliefern inzwischen Messwerte mit ausreichend hoher Ge-nauigkeit, für Körnermais gelingt dies allerdings nurbeim TS-Gehalt. Für Raps und Gerste sind weitere Datenerforderlich, um stabile Kalibrierungen zu erstellen.

Die Qualitätsmessergebnisse werden auf dem Mähdre-scher mit den Daten der Ertragserfassung synchron aufge-zeichnet. Die Verknüpfung der Messwerte (z. B. zu Pro-tein) mit den satellitengestützten Koordinaten macht die


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Prinzip der Nahinfrarot-Spektroskopie

Quelle: Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik, Christian-Albrechts-Universität Kiel

großflächige Kartierung der Inhaltsstoffe auf einem Feldmöglich. Die Karte lässt eine dem Ertrag ähnliche Varia-bilität erkennen und es können Teilflächen identifiziertwerden, die sich mit ihren Gehalten deutlich von anderenunterscheiden (Abb. 7). Die Onlinequalitätsmesssungstellt damit eine weitere Informationsgrundlage bzw. einQualitätskontrollsystem dar, um in Kombination mit an-deren teilflächenspezifisch messbaren Parametern diekleinräumigen Besonderheiten eines Feldes aufzuspürenund mit teilflächenspezifischen pflanzenbaulichen Maß-nahmen darauf reagieren zu können.

Für die konventionelle Landwirtschaft werden möglicheAnwendungsfelder einer teilflächenspezifischen Erntederzeit nicht diskutiert, wären aber in bestimmten Fällendenkbar, etwa bei Fusarienbefall in Getreide. Für den öko-logischen Landbau ist dagegen die teilflächenspezifischeErnte eine interessante Option: Da hier aufgrund subopti-maler Stickstoffversorgung der Pflanzen häufig nicht diefür Qualitätsgetreide erforderlichen Proteingehalte er-reicht werden, könnten künftig Teilflächen mit ausrei-chend proteinhaltigem Korn getrennt vom restlichen Be-stand abgeerntet und vermarktet werden (TAB 2004).

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Proteingehalt eines Winterweizenfeldes

Quelle: Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel


6. Automatische SpurführungDie Feldbewirtschaftung bei der pflanzlichen Produktionerfolgt in der Regel fahrzeuggestützt in parallelen Strei-fen mit vorgegebener Arbeitsbreite. Für eine vollständigeBearbeitung des gesamten Feldes ist dabei ein Spur-anschluss erforderlich, den der Landwirt unter Nutzungverschiedener Hilfsmittel (optisch wahrnehmbare Mar-kierungen, z. B. Bearbeitungs- oder Bestandskanten) zuerreichen versucht. Wie präzise der Spuranschluss erfol-gen muss, hängt vom konkreten pflanzenbaulichen Ver-fahren ab. Grundsätzlich sind Fehler im Spuranschlussmöglichst gering zu halten, da sie sich – durch Auslas-sung oder Überlappung – negativ auf die Arbeitsqualität,den Betriebsmitteleinsatz und somit auf das betriebswirt-schaftliche Ergebnis und die Umwelt auswirken. Je nachMaßnahme stellt das Einhalten der Spur für den Fahr-zeugführer eine erhebliche Belastung dar.

Durch die Nutzung von Satellitennavigation sind auto-matische Spurführungssysteme möglich, die die Feld-arbeitsmaschinen entlang vorgegebener virtueller Leitli-nien exakt in der Spur führen. Solche Systeme könnenhelfen, Fahrfehler zu vermeiden, die Präzision des Spur-anschlusses zu verbessern sowie einen Teil der hohen er-gonomischen Belastungen des Fahrers bei der Steuerungdes Fahrzeugs abzubauen.

Ein Ansatz zur automatischen Spurführung ist die visuelleLenkhilfe, die die Spurabweichung gegenüber vorher de-finierten virtuellen Leitlinien anzeigt und ihre manuelleKorrektur ermöglicht. Verschiedene Firmen bieten ent-sprechende satellitengestützte Spurführungssysteme an.Ein waagerechter, beweglicher Lichtbalken, dargestelltauf einer Anzeige in der Fahrerkabine, dient dabei alsRichtungsgeber und signalisiert dem Fahrer Spurabwei-chungen. Die praktischen Erfahrungen mit solchen Syste-men zeigen allerdings, dass ein Fahrer nicht über längereZeiten absolut präzise der Anzeige solcher Systeme mitdem Lenkrad folgen kann. Zudem ist zu bemerken, dassmit dieser Technik nur Verbesserungen auf Flächen ohneRegelspuren erzielt werden können. Maßnahmen, die vordem Anlegen der Regelspuren durchgeführt werden, kön-nen jedoch von den Spurführungssystemen profitieren.

Ein zweiter Ansatz zur automatischen Spurführung be-steht in der Verwendung eines Autopiloten. Dieser folgtebenfalls mit Hilfe von satellitengestützten Ortungssyste-men vorgegebenen Spuren, passt die Spur des Fahrzeugsaber ohne Zutun des Landwirts durch automatische An-steuerung der Lenkhydraulik der Vorgabe an. Alle nichtreihengebundenen Arbeiten (Düngen und Spritzen ohneFahrgassen, Bodenbearbeitung, Drill- und Einzelkorn-saat) können auf diese Weise präzisiert werden (Streckeret al. 2004a, S. 33). Ein Beispiel ist das System „StarFire“der Firma John Deere, das mit dem „AutoTrac“ die zeit-weise automatische Fahrzeuglenkung ermöglicht. Der„Auto-Guide“ des Herstellers Fendt zur automatischenSpurführung ging im Oktober 2004 in die Serienferti-gung; bis März 2005 waren 250 Systeme ausgeliefert (SZ2005). Es ist davon auszugehen, dass in den nächsten Jah-ren verbesserte Lösungen zur teilautomatischen Führungvon Fahrzeugen im landwirtschaftlichen Bereich auf den

Markt kommen werden. Die zu erwartenden Fahrerassis-tenzsysteme zur teilautomatischen und automatischenFahrzeugführung werden im Vergleich zu den heute ver-fügbaren Verfahren stark verbessert und funktionell er-weitert sein (Schraut 2000, nach Ehlert et al. 2004, S. 30).Die Einführung dieser Techniken erfordert allerdings ne-ben der Klärung gesetzlicher Zulassungsvorschriften dieBereitstellung zusätzlicher sicherheitsrelevanter Informa-tionen, die Qualitätsprüfung der Daten und die Verfügbar-keit von Vorabinformationen über Korrektur- und satelli-tengestützte Ortungssignale in der Einsatzregion.

7. Dokumentation und Rückverfolgbarkeit

Von der Politik wird immer mehr der Verbraucherwunschnach lückenloser Rückverfolgbarkeit der landwirtschaftli-chen Produktion aufgegriffen und in unterschiedliche Ge-setzesaktivitäten umgesetzt. Darüber hinaus fordern im-mer mehr Abnehmer landwirtschaftlicher Erzeugnisseeinen „Warenbegleitschein“. Dies zeigt sich bereits beider Produktion von Veredlungskartoffeln und Zuckerrü-ben sowie vereinzelt auch im Bereich der Qualitätsgetrei-deerzeugung.

Die gesetzlichen Rahmenbedingungen sowie Entwicklun-gen am Markt lassen aber auch in der pflanzlichen Erzeu-gung eine verbreitete Dokumentationsverpflichtung zurArt der Erzeugung, wie sie bereits im ökologischen Land-bau üblich ist, erwarten. So ist z. B. im neuen Bundesna-turschutzgesetz eine generelle Aufzeichnungspflicht fürDüngungs- und Pflanzenschutzmaßnahmen vorgeschrie-ben. Es wird erwartet, dass in den nächsten zwei bis dreiJahren diese Vorgaben in entsprechende Landesgesetzeumgesetzt werden. Seit einigen Jahren besteht bereits dieVerpflichtung, einen Nachweis über die Einhaltung derrichtigen Abstände entlang von Büschen, Gewässern undNichtzielflächen bei der Durchführung von Bewirtschaf-tungsmaßnahmen zu erbringen. Hier bietet der Einsatzvon PA nicht nur die Möglichkeit, die geforderten Ab-stände genau einzuhalten, sondern dies auch zu dokumen-tieren. Es wird erwartet, dass die Dokumentationspflich-ten in der Zukunft weiter ansteigen und möglicherweiseauch zeit- und raumspezifische Informationen dokumen-tiert werden müssen. So sieht ein Vorentwurf des Bundes-ministeriums für Verbraucherschutz, Ernährung undLandwirtschaft für eine neue Düngeverordnung feldbezo-gene Aufzeichnungs- und Bilanzierungsvorschriften fürStickstoff und Phosphat sowie Abstandsauflagen für dieAusbringung von Düngemitteln in der Nähe von Gewäs-sern vor.

Die Aufzeichnungen von Betriebsabläufen und produkti-onstechnischen Maßnahmen stellen hohe Anforderungenan die Landwirte, sind zeitaufwendig und erfordern einegute Organisation bei der Datenverwaltung. Zum gegen-wärtigen Zeitpunkt führen viele Landwirte ihr eigenesDokumentationssystem entweder handschriftlich oder alselektronische Ackerschlagkartei. Neue Gesetze, Verord-nungen und Regelungen, wie z. B. die Erweiterung desLebensmittel- und Produkthaftungsrechts auf Agrarpro-dukte oder die Direktzahlungsverpflichtungen der Agrar-reform im Zusammenhang mit Cross Compliance, führen


zu einem erhöhten Dokumentationsaufwand. Insbeson-dere die zum 1. Januar 2005 in Kraft getretene EU-Verordnung 187/2002 mit dem generellen Gebot derdurchgängigen Rückverfolgbarkeit von Lebensmittelnverpflichtet alle in der Kette der Lebensmittelerzeugungtätigen Unternehmen – also auch die Landwirte – zur ge-nauen Dokumentation aller relevanten Maßnahmen. DerLandwirt muss dokumentieren, welche Betriebsmittelvon welchem Lieferanten gekauft wurden, welche Maß-nahmen innerhalb der einzelnen Produktionszweige deslandwirtschaftlichen Betriebes durchgeführt wurden, undan wen die Produkte verkauft wurden.

Neben der Dokumentation der im Zuge der Produktiondurchgeführten ackerbaulichen Maßnahmen könntezunehmend auch die Lieferung qualitätsbezogener Infor-mationen zu den erzeugten Agrarprodukten zur Voraus-setzung für einen Zugang der Landwirte zur Wertschöp-fungskette werden. Das Wissen um die Herkunft und dieQualität der Rohstoffe sowie die landwirtschaftliche Pro-duktionsweise werden von der Verarbeitungsindustrie oft-mals als notwendig erachtet, um das Vertrauen der Ver-braucher in die Produkte zu erhalten und sich durchentsprechendes Marketing Wettbewerbsvorteile zu ver-schaffen (Ehlert et al. 2004, S. 18). Zudem fordert die Ge-sellschaft ein administrativ beherrschbares System zur„Kontrolle der Eigenkontrolle“, mit dem entlang einer(auch internationalen) Kette im Fall eines Rückrufes dienotwendigen Informationen innerhalb kurzer Zeit bereit-stehen. Ein Ansatz, der dies leiten kann, ist die „erwei-terte elektronische Schlagkartei“ (Ehlert et al. 2004,S. 18).

8. Stand von Forschung und Entwicklung

Die Forschung auf dem Gebiet PA ist interdisziplinär or-ganisiert. Sie greift auf Aktivitäten in unterschiedlichenForschungsdisziplinen und Technologiefeldern zurückund verbindet anwendungsorientierte Forschung undGrundlagenforschung miteinander. Die Fragestellungenreichen von grundsätzlichen Fragen des Pflanzenbaus und-managements (Ertragsbildung, Nährstoffdynamik) übertechnische Aspekte der teilflächenspezifischen Applika-tion von Betriebsmitteln bis hin zur autonomen Robotik.Geforscht wird auch auf dem Gebiet des Datenmanage-ments, über Systeme zur Entscheidungsunterstützung undüber soziale Effekte des Einsatzes von PA sowie zu Fra-gen der Akzeptanz.

Die folgenden Forschungsfelder zu PA werden – mit ab-nehmender Bedeutung – besonders intensiv bearbeitet(Robert 1999, nach Ehlert et al. 2004, S. 74):

– Entwicklung von Echtzeitsensoren für Boden- undPflanzenparameter,

– Fernerkundung zur Erkennung von Boden- und Pflan-zenzuständen,

– Einflüsse von PA auf die Umwelt,

– Entwicklung von Beprobungsmethoden,

– Ökonomie von PA-Praktiken,

– Bestimmung der räumlich-zeitlichen Variabilität na-türlicher Ressourcen,

– Methoden der Datenanalyse und -interpretation,

– Beziehungen zwischen natürlichen Wachstumsbedin-gungen, Input-Größen und Ertrag,

– Entwicklung von praktikablen Wachstumsmodellenfür PA,

– Entwicklung von verbesserten Methoden zur Analysevon georeferenzierten Felddaten,

– Entwicklung von Ertragssensoren.

Nachfolgend werden der Stand der Forschung und Ent-wicklung auf nationaler, europäischer und außereuropäi-scher Ebene dargestellt und die wichtigsten Forschungs-ansätze und Projekte zu PA benannt.

Nationale Forschungsförderung

In Deutschland beschäftigen sich zurzeit über 40 For-schungseinrichtungen und Unternehmen unter Inan-spruchnahme öffentlicher Fördergelder mit PA. Dazu ge-hören zahlreiche Hochschulen wie die TU München, dieUniversitäten Hohenheim und Rostock, die Justus-Liebig-Universität Gießen, die Martin-Luther-Universi-tät Halle-Wittenberg, die Rheinische Friedrich-Wilhelm-Universität Bonn, die Christian-Albrechts-Universität zuKiel, die Humboldt-Universität zu Berlin sowie die Fach-hochschule Osnabrück. Außeruniversitäre Forschung zuPA wird betrieben vom Institut für Agrartechnik Bornime.V. (ATB), dem Zentrum für Agrarlandschafts- undLandnutzungsforschung e.V. (ZALF) Müncheberg sowieder Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL)Braunschweig.

Eine Übersicht über die Forschungsansätze und Projektezu PA, die von diesen Einrichtungen durchgeführt wurdenbzw. werden, ist in Ehlert et al. 2004 dargestellt. An die-ser Stelle werden nur die nationalen Verbundprojekte zuPA vorgestellt, denen eine besondere Bedeutung zu-kommt:

– Forschungsverbund Agrarökosysteme München(BMBF): Ziel dieses Projekts (1990 bis 2003) war es,in einem langfristig angelegten Versuch die ökologi-schen Folgen von zwei unterschiedlichen Bewirtschaf-tungssystemen in einem Landschaftsausschnitt zuuntersuchen und neue umweltschonende und wirt-schaftliche Wege der Landbewirtschaftung aufzuzei-gen (TU München).

– preagro I (BMBF): Das Verbundprojekt (1999 bis2003) zielte darauf ab, verschiedene Aspekte des Ma-nagementsystems für den ortsspezifischen Pflanzen-bau zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Landwirt-schaft und zur Förderung ihrer Umweltleistungen zuuntersuchen (Federführung: ZALF Müncheberg).

– preagro II (BMBF): Ziel des Verbundprojekts (2005bis 2007) ist es, die informationsgeleitete Pflanzenpro-duktion mit „Precision Farming“ als zentrale Voraus-setzung für eine nachhaltige Entwicklung der land-


wirtschaftlichen Landnutzung zu untersuchen(Federführung: ZALF Müncheberg).

– IKB-Dürnast (DFG): In dem Projekt (1998 bis 2004)wurden ein betriebliches Informationssystem für diePflanzenproduktion, ein automatisiertes, kleinräumi-ges Datenerfassungssystem und Referenzwerte fürdie Onlinesteuerung des Pflanzenwachstums über dieN-Düngung entwickelt sowie die kleinräumige Be-standsführung ökonomisch beurteilt (TU München).

– Graduiertenkolleg 722 (DFG): Ziel des interdiszipli-nären Kollegs (2001 bis 2004; 2004 bis 2007) ist dieErforschung und Entwicklung von Methoden undTechniken zur kleinräumig differenzierten und effi-zienten Kontrolle von Unkräutern, Pathogenen und Ne-matoden in Kulturpflanzenbeständen durch die Nut-zung innovativer Sensortechnik (Universität Bonn).

– ProSenso.net (BMBF): Das Kompetenznetz (seit 2001)mit 20 Unternehmen und Forschungseinrichtungen zieltauf die Verbesserung der Umweltverträglichkeit undEffizienz landwirtschaftlicher Produktionsverfahrendurch den Einsatz innovativer Sensortechnik (Feder-führung: ATB Bornim).

Mit den genannten Forschungsprojekten konnten nen-nenswerte Fortschritte bei der Entwicklung von Metho-den und Techniken für die Präzisionslandwirtschaft er-reicht werden. Allerdings fehlen noch wesentlicheKomponenten und Kenntnisse, die erforderlich sind, umdie Einsatzmöglichkeiten für PA zu verbessern. Hierzuzählen insbesondere die Sensortechnik für die zeitnaheErfassung von Boden- bzw. Pflanzenparametern und pra-xistaugliche Management- und Expertensysteme zur Ent-scheidungsunterstützung. Weitere Forschungsaufgabenergeben sich aus dem praktischen Einsatz vorhandenerPA-Systeme, durch die Formulierung weiterer Anforde-rungen seitens der Landwirte sowie aus den agrarpoliti-schen Rahmenbedingungen und den gesellschaftlichenAnforderungen an die Nahrungsmittelproduktion.

Die nationale Forschung zu PA wird im Wesentlichen fi-nanziert durch Drittmittel, u. a. durch das BMBF, dasBMVEL, die DFG, die Deutsche Bundesstiftung Umwelt(DBU) und von den Landesministerien. In den vergange-nen zehn Jahren wurden schätzungsweise 18,5 Mio. EuroProjekt-Fördermittel für Forschung im Bereich PA ausge-geben, wobei der überwiegende Teil der Mittel aus demBMBF (rund 50 Prozent) stammte. Das BMVEL undseine Forschungseinrichtungen sowie die Landwirt-schafts- bzw. Forschungsministerien der Bundesländerdürften mit ihren institutionellen Eigenmitteln die PA-Forschung schätzungsweise ebenfalls mit rund 19 Mio.Euro gefördert haben. Hinsichtlich der Industrieausgabenfür PA-Forschung ist anzunehmen, dass zusätzlich zu denEigenanteilen im Rahmen der nationalen Projektförde-rung (von ungefähr 40 Prozent) ein Vielfaches für For-schungsaktivitäten zu PA ausgegeben wurde.

Europäische Forschungsförderung

Eine Auswertung der Projektdatenbank CORDIS ergab,dass es auf europäischer Ebene rund 250 geförderte For-

schungsprojekte zum Thema PA gibt (Ehlert et al. 2004).Davon befassen sich 45 Projekte direkt mit PA-For-schung, während die anderen Projekte dieses Forschungs-feld nur tangieren und eher allgemeinen landwirtschaftli-chen Themen, wie der Krankheitserkennung bei Pflanzenund Tieren, der Sensorentwicklung, der Bewässerung, derBiotechnologie und der Politikforschung, zuzuordnensind. Tabelle 5 enthält Schätzungen zu den Kosten undFördermitteln für PA-Projekte, die in der CORDIS-Da-tenbank aufgeführt sind.

In der Übersicht wird deutlich, dass sowohl die für dieEntwicklung von PA eingesetzten Mittel insgesamt alsauch die durchschnittlichen Ausgaben je Projekt eher ge-ring sind. Unter der Annahme, dass die Differenz zwi-schen Projektkosten und Projektförderung durch Eigen-anteile der Industriepartner getragen wird, hat dieeuropäische Industrie die EU-Projekte im Bereich PA mitrund 20 Mio. Euro mitfinanziert. Da die EU-Förderungaufgrund des hohen administrativen Aufwandes und derniedrigen Förderquote nicht zu den bevorzugten Instru-menten von Unternehmen zur Finanzierung ihrer For-schung zählt, ist davon auszugehen, dass die Industrie einVielfaches dieses Betrages in die eigene PA-Forschung,auch unter Inanspruchnahme nationaler Förderpro-gramme, investiert hat.

Die im Bereich PA angesiedelten EU-Vorhaben befassensich überwiegend mit der Aufbereitung und Bereitstel-lung von Daten für Entscheidungsunterstützungs-, Pla-nungs- und Kommunikationssysteme. Die Entwicklungvon Datenbanken, IuK-Techniken, interaktiven Systemenund GIS-basierten Anwendungen stehen dabei im Vorder-grund. Den zweiten wichtigen Bereich stellen Farm-Ma-nagement- und Expertensysteme dar, z. B. Empfehlungenzur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln und zur Er-tragsvorhersage.

Die Mehrzahl der FuE-Vorhaben, die sich der PA-For-schung zuordnen lassen, wurde in der Laufzeit des 5. EU-Rahmenprogramms (1998 bis 2002) in den Programmbe-reichen LIFE QUALITY (Quality of life and manage-ment of living resources), IST (Information Society Tech-nologies) und INCO 2 (Confirming the international roleof community research) gefördert. Im gegenwärtigen6. Rahmenprogramm ist die Förderung von PA nicht ex-plizit vorgesehen. Von den EU-eigenen Forschungszen-tren (JRC) werden zurzeit zwei Vorhaben zur georeferen-zierten Boden- und Bestandsanalyse durchgeführt. EinErkenntniszuwachs ist auch von einigen Projekten zu er-warten, die in angrenzenden Forschungsgebieten wie derIT- oder der Ökosystemforschung angesiedelt sind.

Außereuropäische Forschungsförderung

International wird in zahlreichen Ländern an PA-relevan-ten Fragestellungen gearbeitet (Zhang et al. 2000). Veröf-fentlichungen zu PA liegen aus den USA, Australien, Ja-pan, China, Korea, Indien, Indonesien, Bangladesch, SriLanka, der Türkei, Saudi-Arabien, Brasilien, Argentinien,Chile und Uruguay vor. Für viele der technisch oder auchpolitisch abgeleiteten Forschungsziele zu PA spielt die öf-fentliche Förderung eine wichtige Rolle. Dies belegen die


Ta b e l l e 5

Übersicht über Kosten und Fördermittel von EU-Projekten zu PA und verwandten Themenbereichen


Themenbereich AnzahlProjekte

Projekt-kosten

(Tsd. Euro)

Projekt-förderung(Tsd. Euro)

Förderquote(%)

∅ Projekt-kosten

je Projekt(Tsd. Euro)

Precision Agriculture 45 58.472 38.182 65 1.299

weitere landwirtschaftliche Themen 122 286.423 206.225 72 2.348

Krankheitserkennung 29 376.226 246.879 66 12.973

Sensor- und Methodenentwicklung 15 56.970 41.736 73 3.798

Bewässerung 10 14.414 13.063 91 1.441

Biotechnologie 16 160.179 131.987 82 10.011

Politikforschung 6 14.100 k. A. k. A. 2.350

Anstrengungen von Ländern, die den Verbrauch von Be-triebsmitteln in der Landwirtschaft reduzieren wollen(z. B. USA) oder strukturelle Änderungen im Agrarsektoranstreben (z. B. Japan, China).

In den USA und Kanada begann die Forschung zu PAMitte der 1980er Jahre. Ein aktueller Forschungsschwer-punkt in den USA ist die Reduzierung des Einsatzes vonPflanzenschutzmitteln (Smith/Thomson 2003, nach Eh-lert et al. 2004, S. 82). Ziel ist es, den gegenwärtig hohenVerbrauch (22 Prozent des Weltverbrauchs) zu verrin-gern. Die Forschung hierzu beinhaltet Applikationssys-teme und die Vermeidung von Abdrift, die Kulturpflan-zen- bzw. Unkrauterkennung, die Bestandsbewertung unddie Erkennung von Schäden durch Insekten. Weiterhinwird an der Entwicklung autonomer Maschinensystemefür unterschiedliche Einsatzbereiche, wie z. B. Ernte undUnkrautbekämpfung, gearbeitet.

In Australien liegt ein Forschungsschwerpunkt in derräumlich differenzierten, quantitativen und qualitativenErtragserfassung, z. B. für Kartoffeln, Erdnüsse und Fut-terpflanzen. Zur Ertragserfassung von Getreide waren imJahre 2000 etwa 200 Systeme im Einsatz – im Vergleichdazu sind es in den USA zwischen 5 000 und 10 000 –,von denen die Hälfte satellitenbasiert arbeitet. In diesemBereich findet weitere öffentliche Forschung statt. ImBaumwollanbau gehört der Einsatz von satellitengestütz-ten Traktorleitsystemen (wie z. B. der australischen FirmaBEELINE Technologies) bereits zum Stand der Technik.Außerdem werden luft- und satellitengestützte Bestands-erfassungen für das Farmmanagement eingesetzt, so z. B.für die Düngerapplikation. Im Gegensatz zu den o. g.Kulturarten wird für die Entwicklung neuer PA-Technikfür den Baumwollanbau kein öffentliches Geld mehr ein-gesetzt. Die weitere Technikentwicklung basiert hier aus-schließlich auf Industrieforschung.

In Japan liegt ein Schwerpunkt der Forschungsarbeitenauf der sensorgestützten Steuerung von Landmaschinenbis hin zu autonomen Systemen sowie auf der Entwick-lung teilflächenspezifischer Applikationssysteme fürPflanzenschutzmittel und Dünger. Aktuelle Forschungenbetreffen u. a. die Bodenkartierung, die Erfassung desDüngestatus (N-Sensor, Vegetationsindex), die teilflä-chenspezifische Düngung, die Ertragserfassung, die Fer-nerkundung und die Verfahrensautomatisierung bis hinzur Robotik (z. B. unbemannte Transporter und Erntero-boter) (Iida 2003). Die japanische Regierung erwartet,dass PA in naher Zukunft auf verschiedenen Betriebsgrö-ßen und -formen eingesetzt werden kann und dann dazubeiträgt, einen Teil der strukturbedingten Probleme in derjapanischen Landwirtschaft (z. B. sehr klein parzellierteFlächenstrukturen) zu lösen. Um dieses Ziel zu erreichen,werden umfangreiche staatliche Fördermittel in den For-schungsbereich „Japanese PA“ gesteckt.

Auch in China werden hohe Erwartungen an die Entwick-lung und den Einsatz von PA geknüpft. PA wird als geeig-netes Mittel zur Sicherung der Nachhaltigkeit in derLandwirtschaft unter den chinesischen Bedingungen be-trachtet, deren Charakteristika unterschiedliche Anbau-systeme und ein geringes Technikniveau sind (Liu et al.2003). Die umfangreiche staatliche PA-Förderung inChina erstreckt sich auf alle Entwicklungsrichtungen,wobei mit regionalem Bezug „traditionelle“, „moderne“und „High-Tech“-Szenarien für den Einsatz von PA ent-wickelt werden.

9. Fazit

Anwendungsfelder für PA finden sich in allen wesentli-chen Arbeitsschritten des ackerbaulichen Produktionspro-zesses von der Bodenbearbeitung bis zur Ernte, aber auchim Bereich der satellitengestützen Spurführung und derDokumentation. Für einen Großteil der möglichen


Anwendungsfelder existieren verschiedene Ansätze zurUmsetzung einer teilflächenspezifischen Bewirtschaf-tung; insbesondere im Bereich der Datenerfassung isteine Vielzahl von technischen Entwicklungen anzutref-fen.

Einige PA-Anwendungen haben bislang in Deutschlandzu einer gewissen Verbreitung in der Praxis gefunden.Dazu zählt die teilflächenspezifische Stickstoffdüngung,wobei Onlineansätzen unter Verwendung von optoelek-tronischen Sensoren (v. a. der Yara N-Sensor®) bzw. demCROP-Meter (Pendelsensor) die größte Bedeutung zu-kommt. Bundesweit werden gegenwärtig (Stand 2005)ca. 220 Yara N-Sensoren® auf rund 400 000 Hektar (diesentspricht ca. 3,4 Prozent der bundesdeutschen Ackerflä-che) eingesetzt, vornehmlich im Osten, neuerdings aberauch in Niedersachsen und Schleswig-Holstein.

Daneben ist im Bereich des Pflanzenschutzes die diffe-renzierte Herbizidapplikation zu nennen: In Kulturen mitweitem Reihenabstand können optoelektronische Senso-ren zur differenzierten Unkrautbekämpfung zwischen denReihen eingesetzt werden. Leistungsfähigere Sensorsys-teme – etwa zur Unterscheidung verschiedener Unkraut-arten – befinden sich in der Entwicklung. Eine erste „se-hende“ Feldspritze, die Art und Menge der Unkräutererkennen und diese von den Kulturpflanzen unterschei-den kann und die in der Lage ist, bis zu drei Wirkstoffegleichzeitig auszubringen und die Aufwandmenge demBefallsdruck anzupassen, ist bis zur Praxisreife entwi-ckelt worden. Für den indirekten und direkten Nachweisvon Pilzkrankheiten und die teilflächenspezifische Aus-bringung von Fungiziden sind verschiedene sensorge-stützte Ansätze in der Entwicklung. Ein erstes praxisrei-fes Verfahren zur teilflächenspezifischen Verteilung vonFungiziden und spät einsetzbaren Wachstumsreglern imPflanzenbestand stellt der CROP-Meter dar.

Im Bereich der satellitengestützten Spurführung sind An-gebote für visuelle Lenkhilfen sowie Autopilotsystemeauf dem Markt. Die Zahl der verkauften einfachen Nach-rüstsysteme für Traktoren bzw. der ab Werk eingebautenSysteme ist nicht ermittelbar, aber die Vielzahl an Anbie-tern und eine rege Nachfrage deuten auf eine hohe Ak-zeptanz bei den landwirtschaftlichen Unternehmern hin.Die Landwirte haben aufgrund der Einsparung von Kos-ten (Vermeidung von Überlappungen bei Bodenbearbei-tung, Ausbringung organischer Dünger etc.) sowie ver-besserten Arbeitseinsätzen (eine grundsätzlich verringerteBelastung des Fahrers sowie zusätzliche Arbeitsmöglich-keiten auch bei Dunkelheit, Nebel etc.) großes Interessean dieser Technik. In diesem Bereich ist in den nächstenJahren mit einer größeren Anzahl von Neuentwicklungenzu rechnen.

Die Ertragskartierung während der Ernte gehört zu denPA-Elementen mit dem derzeit größten Verbreitungsgrad,stellt aber eher ein Verfahren zur Gewinnung teilflächen-spezifischer Informationsgrundlagen als eine eigentlicheAnwendung von PA dar. Die Ertragskartierung wirdvoraussichtlich zukünftig ergänzt werden durch dieOnlineerfassung der Qualität des Ernteguts mittels Nah-infrarot-Spektroskopie, ein schnelles berührungsloses

Verfahren zur Analyse u. a. von qualitätsbestimmendenInhaltstoffen (z. B. Gehalt an Protein, Öl, Stärke) mittelsLichtreflexion. Diese Methode stellt ein Qualitäts-kontrollsystem dar, das in Kombination mit anderenteilflächenspezifisch messbaren Parametern und teilflä-chenspezifisch angepassten Bewirtschaftungsmaßnahmeneine Optimierung des Produktionsprozesses ermöglichenkönnte.

Einige weitere Anwendungen wurden ebenfalls bis zurPraxisreife entwickelt, ohne dass sich bislang eine brei-tere Anwendung in der Praxis abzeichnet. Hierzu gehörendie teilflächenspezifische Grunddüngung und die Kal-kung. In Entwicklung befindliche Sensoransätze könntendazu beitragen, den Aufwand für die notwendigen Bo-denbeprobungen auf ein praktikables Niveau zu senken.Die Vorteilhaftigkeit des Verfahrens ist allerdings wegender allgemein guten Nährstoffversorgung der Böden unddem Prinzip der Vorratsdüngung schwierig zu beurteilen,wird aber aufgrund der in Deutschland in den letzten Jah-ren oft vernachlässigten Grunddüngung und Kalkung anBedeutung gewinnen, insbesondere im Bereich der Regu-lierung von Bodenversauerung.

Für die teilflächenspezifische Anpassung der Bodenbear-beitungstiefe wurden ein Verfahren sowie ein Prototypder betreffenden Arbeitsgeräte entwickelt. Sie spielt inder Praxis bislang keine Rolle, verspricht bei Vorliegeneiner größeren Standortheterogenität jedoch signifikanteKraftstoffeinsparungen. Die teilflächenspezifische Varia-tion der Bearbeitungsintensität stellt sich dagegen zumgegenwärtigen Zeitpunkt als wenig viel versprechend dar.

Mit einer teilflächenspezifischen Anpassung der Saat-stärke unter Nutzung von Ertragspotenzialkarten wurdenerste Erfahrungen in Praxisbetrieben gesammelt. Bei denklassischen Reihenkulturen (z. B. Mais) und hohen Saat-gutkosten lassen sich positive Ergebnisse erzielen. BeiGetreide ist ihre Eignung für eine breite Anwendung zumgegenwärtigen Zeitpunkt jedoch fraglich. Dennoch bietenalle renommierten Sämaschinenhersteller ihre Geräteauch mit PA-Ausrüstung an und es werden Verfahren derteilflächenspezifischen Aussaatdifferenzierung bei Ge-treide und Mais in der Praxis, insbesondere in Trockenla-gen, zunehmend nachgefragt und angewandt. Zudem er-sparen die so ausgestatteten Sämaschinen die regelmäßigbei Sämaschinen erforderliche Überprüfung der tatsächli-chen Aussaatmenge („Abdrehen“ der Säorgane).

Vor dem Hintergrund steigender Anforderungen an dieDokumentation der Produktionsverfahren und Produkt-qualitäten bietet der Einsatz von PA durch die Vernetzungvon satellitengestützter Ortung, sensorbasierten Daten-erfassungs- und geografischen Informationssystemengrundsätzlich interessante Möglichkeiten zur automati-schen und exakten Erfassung und Dokumentation vonBewirtschaftungsmaßnahmen hinsichtlich Art, Umfang,Zeit und Ort und zum fälschungssicheren Informations-management.

Der Einsatz von PA-Verfahren in der mechanischen undthermischen Unkrautregulierung, in der teilflächenspezi-fischen Ausbringung organischer Dünger sowie in der


teilflächenspezifischen Ernte von Qualitätsgetreide eröff-net insbesondere für den ökologischen Landbau interes-sante Anwendungsmöglichkeiten. An der Entwicklungvon entsprechenden Verfahren wird teilweise gearbeitet.Darüber hinaus könnten auch im ökologischen Landbausämtliche PA-Ansätze unter Verwendung satellitenge-stützter Positionierung und Geografischer Informations-systeme zur Erfassung, automatischen Dokumentationund Auswertung von Daten verwendet werden.

Neben den genannten Anwendungen existieren zahlrei-che weitere Ansätze, die sich im Stadium von Forschungund Entwicklung befinden. Dabei stehen Echtzeitsenso-ren zur Erfassung von Boden- und Pflanzenparametern,Kenntnisse von Prozessen in Agrarökosystemen und de-ren Umsetzung im Bereich des Datenmanagements sowieUntersuchungen zu ökologischen und ökonomischenWirkungen von PA im Mittelpunkt.

In Deutschland sind zahlreiche Hochschulen und privateUnternehmen in der Forschung zu PA engagiert; mehrereerfolgreiche Verbundprojekte wurden in den vergangenenJahren durchgeführt und einige neue Projekte befindensich in der Startphase (z. B. das BMBF-Verbundprojektpreagro II und PIROL der Volkswagenstiftung). Gleich-wohl besteht noch erheblicher Forschungsbedarf in ver-schiedenen Bereichen, insbesondere bei der Entwicklungder Sensortechnik zur raschen und kostengünstigen Erfas-sung von Boden- bzw. Pflanzenparametern und pflanzen-baulicher Prinzipien und Modelle zur Unterstützung derEntscheidungsfindung sowie in der Erstellung standort-und bestandsspezifischer Applikationskarten. Auch aufeuropäischer Ebene wurden in den vergangenen Jahrenverschiedene Projekte zu PA gefördert. Außerhalb Euro-pas wird PA-Forschung mit unterschiedlichen nationalenSchwerpunkten betrieben. Während in den USA die Re-duzierung des Einsatzes von Dünger und Pflanzenschutz-mitteln im Vordergrund steht, erwartet Japan, dass PAeinen Beitrag zur Behebung der strukturbedingten Pro-bleme seiner Landwirtschaft leisten wird.

IV. Ökonomische Aspekte von Precision Agriculture

Die Attraktivität und Verbreitung von PA wird maßge-blich durch ihre Wirtschaftlichkeit4 auf Betriebsebenebestimmt. Bei der Erstellung einer Wirtschaftlichkeits-analyse werden i. d. R. lediglich solche Kosten- und Nut-zenpositionen berücksichtigt, deren Quantifizierung ver-gleichsweise einfach bzw. problemlos möglich ist. Diessind auf der einen Seite Anschaffungs- und Betriebskos-ten für PA und auf der anderen Seite Betriebsmittelein-sparungen oder Mehrerträge. Daneben treten jedoch so-wohl auf der Kosten- als auch auf der Nutzenseite schwerbzw. nicht quantifizierbare Positionen auf. So könntendurch die Anwendung von PA zusätzliche positive Ef-fekte beispielsweise durch Arbeitsentlastungen infolge

der Automatisierung von Arbeitsprozessen oder bessereVermarktungschancen durch eine hohe Transparenz beider Produktion erreicht werden. Weitere wirtschaftlicheVorteile für den landwirtschaftlichen Unternehmer könn-ten sich durch eine höhere Entscheidungssicherheit auf-grund einer besseren Informationsbasis und allgemeinbessere Voraussetzun-gen zur Optimierung des betriebli-chen bzw. produktionsorientierten Managements ergeben(Werner/Christen 2004, S. 142). Auf der anderen Seitewird bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit von PA-Verfahren häufig nicht berücksichtigt, dass diese nebenden Kosten für die Anschaffung und Wartung der Techni-ken zusätzlich zeit- und kostenaufwendige Einarbeitungs-phasen und Schulungen u. ä. für Betriebsleiter und Mitar-beiter mit sich bringen. Insgesamt dürfte der Zeitbedarfim Management erheblich höher liegen als der Aufwandbeim Management von Betrieben des integrierten(Schlagkarteiführung, Prozessdokumentation u. a.) oderauch ökologischen Landbaus (Auditierungsaufwand)(Werner/Christen 2004, S. 141 f.).

Die vorliegenden Untersuchungen zu den ökonomischenWirkungen von PA sind zudem dadurch gekennzeichnet,dass sie i. d. R. nur einzelne Techniken und Verfahrenvon PA im Anbau einzelner Kulturarten betrachten. Es istjedoch zu erwarten, dass die Integration verschiedenerPA-Verfahren aufgrund von Synergieeffekten wirtschaft-lich günstiger ist als die Anwendung von Einzelverfah-ren: Durch Mehrfachnutzung von Daten und Gerätensowie produktionsorientiertem Know-how über die Kul-turarten und Verfahren hinweg könnten im Betrieb dieKosten der PA-Techniken verringert werden (Werner/Christen 2004, S. 138 f.). Darüber hinaus sind in den ver-fügbaren Wirtschaftlichkeitberechnungen zu PA zumeistkeine vollständigen Angaben zu den zugrunde gelegtenAnnahmen, den eingesetzten Techniken, Kosten, Be-triebsmitteleinsparungen oder Mehrerträgen enthalten.Hinzu kommt, dass für die Ergebnisse der betreffendenUntersuchungen die spezifischen Bedingungen vor Ort– etwa die Beschaffenheit der Flächen oder das regionaleKlima und die im Untersuchungszeitraum herrschendeWitterung – von entscheidender Bedeutung sind. EineÜbertragung oder Verallgemeinerung solcher Ergebnisseist daher nur unter Vorbehalten möglich.

In diesem Kapitel werden zunächst die wichtigstenEinflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit von PA darge-stellt. Daraufhin werden für verschiedene teilflächenspe-zifische Maßnahmen die hierdurch erzielbaren Betriebs-mitteleinsparungen oder Mehrerträge aufgeführt. DerSchwerpunkt der anschließenden Wirtschaftlichkeitsana-lyse auf Betriebsebene besteht darin, auf Grundlage derverfügbaren Informationen exemplarische Modellrech-nungen aufzustellen, die insbesondere Aufschluss da-rüber geben sollen, ab welcher Betriebsgröße bestimmtePA-Anwendungen unter Annahme plausibler Werte fürKosten- und Nutzenpositionen wirtschaftlich wären. Ab-schließend wird die Frage nach der Akzeptanz von PA inder Landwirtschaft behandelt.

4 Dieses Kapitel basiert zum Teil auf dem Gutachten von Strecker et al.(2004a).


1. Einflussfaktoren auf Wirtschaftlichkeit

Sowohl die Höhe der potenziellen Betriebsmitteleinspa-rungen oder Mehrerträge als auch die der spezifischenKosten von PA-Anwendungen hängen von zahlreichenFaktoren ab. Hierzu gehören zum einen das gewählte PA-Verfahren, dessen Auslastung und Integration im Betriebbzw. die Organisation des PA-Einsatzes.

Von herausragender Bedeutung unter den Einflussfakto-ren ist die Heterogenität des zu bewirtschaftenden Feldes:je höher die Standortheterogenität, desto eher ist mit rele-vanten Betriebsmitteleinsparungen oder Ertragssteigerun-gen und somit mit der Rentabilität von PA zu rechnen.Die Plausibilität dieser Annahme wurde von Dabbert/Kilian (2002) gestützt: Sie konnten am Beispiel derStickstoffdüngung von Weizen und Mais zeigen, dass derVariationskoeffizient des Ertrags – ein Maß für die Stand-ortheterogenität – positiv mit der Steigerung des De-ckungsbeitrags korreliert. Derzeit existieren jedoch nochkeine Vorgaben für eine Klassifizierung der Ackerflächennach der Bodenheterogenität (Schmerler et al. 2001,S. 62). Funke (2000, nach Schmerler et al. 2001, S. 62)schlägt vor, Teilflächen nach vier Ackerzahlengruppen(< 30, 30 bis 44, 45 bis 59, > 59) zu ordnen. Abbildung 8zeigt, wie groß die Heterogenität des Bodens auf einemFeld sein kann. Die niedrigste Heterogenitätsstufe 1 er-hält hierbei z. B. ein Feld, dessen Fläche zu 90 Prozentund mehr einer Ackerzahlengruppe und zu höchstens10 Prozent einer weiteren Gruppe zugeordnet werden

kann. Derzeit liegt keine umfassende Untersuchung da-rüber vor, mit welchen Anteilen die gesamte AckerflächeDeutschlands den jeweiligen Heterogenitätsstufen zuge-ordnet werden könnte und inwieweit die bestehendenFeldgrenzen diesen Heterogenitäten angepasst sind.

Ein zweiter Einflussfaktor von großer Bedeutung auf dieWirtschaftlichkeit von PA-Techniken ist die Bewirtschaf-tungsintensität. Es kann davon ausgegangen werden, dassbei Betrieben, die mit einem relativ hohen Aufwand anDünge- und Pflanzenschutzmitteln produzieren, PA-Ver-fahren eher wirtschaftlich sind, da hier das Einsparpoten-zial an Betriebsmitteln grundsätzlich höher ist als bei Be-trieben mit niedriger Produktionsintensität.

Ein dritter wichtiger Einflussfaktor für die Rentabilitätvon PA ist die Größe des Betriebs bzw. der Flächen, aufdenen teilflächenspezifische Maßnahmen durchgeführtwerden. Bei einer Zunahme der mit PA bewirtschaftetenFläche sinken die Kosten des Verfahrens je Flächenein-heit, da die fixen Kosten – etwa für die Anschaffung derPA-Technik – auf eine größere Fläche verteilt werdenkönnen. Die variablen Kosten von PA bleiben dagegenkonstant bzw. können, wie z. B. bei der Bodenbeprobung,proportional zur Fläche ansteigen. Zudem muss berück-sichtigt werden, dass die betreffenden Maschinen i. d. R.eine Kapazitätsgrenze aufweisen, so dass ab einem Flä-chenumfang Investitionen in zusätzliche Anschaffungennötig sind. Für kleinere Betriebe kann der Einsatz von PAebenfalls rentabel werden, wenn sie diese nicht selbst an-

A b b i l d u n g 8

Beispielhafte Darstellung der Bodenheterogenität eines Feldes auf der Grundlage von Ackerzahlen

Anmerkung: Spannweite der Ackerzahlen von 17 bis 100, Feldgröße: 73 haQuelle: Ehlert et al. 2004, S. 20


schaffen, sondern Dienstleister (z. B. Lohnunternehmer)mit der Durchführung von bestimmten PA-Maßnahmenbeauftragen.

Die Kosten, die einem bestimmten PA-Verfahren zuge-schrieben werden können, lassen sich durch Mehrfachnut-zungen von Daten und Technik reduzieren. So können ein-mal erhobene bzw. erworbene Daten (z. B. digitaleBodenkarten) als Basis für verschiedene teilflächenspezifi-sche Anwendungen verwendet werden (Bodenbearbeitung,Stickstoffdüngung u. a.) ebenso wie satellitengesützte Or-tungssysteme, die sowohl bei der Datenerfassung (Er-tragskartierung) als auch bei verschiedenen Offline- oderkombinierten Ansätzen benötigt werden. Insgesamt istdeshalb davon auszugehen, dass bei einer zunehmendenIntegration verschiedener PA-Anwendungen die Wirt-schaftlichkeit von PA auf Betriebsebene steigt.

Schließlich entscheiden noch weitere Faktoren, die sichnicht aus den Merkmalen des jeweiligen landwirtschaftli-chen Feldes oder Betriebs und den Entscheidungen desBetriebsleiters ergeben, über die Wirtschaftlichkeit vonPA. In diesem Zusammenhang sind v. a. die Preise für dieDatenerfassung, Kosten für die Anschaffung von PA so-wie die Kosten für die Betriebsmittel und die auf demMarkt erzielbaren Preise für landwirtschaftliche Produktezu nennen.

2. KostenDie Anwendung von PA ist für den landwirtschaftlichenBetrieb zunächst mit Kosten verbunden. Dabei lassensich grundsätzlich drei Kostenkategorien unterscheiden:

– Datenerfassung (z. B. Karten, GPS für Ertragskartie-rung, Sensoren),

– Datenmanagement- und Beratungssysteme (Hard- u.Software),

– Applikations- und Navigationstechnik (GPS, gezieltansteuerbare Geräte zur Ausbringung von Düngeroder Pflanzenschutzmitteln u. a.).

Ein Teil der Kosten fällt für einen längeren Planungszeit-raum (ca. fünf bis zehn Jahre) einmalig an, etwa die An-schaffungskosten für Bodenkarten, ein GPS-Empfangsge-rät oder geeignete Düngerstreuer. Andere Kosten, z. B.für Bodenbeprobungen oder GPS-Referenzsignale, ent-stehen regelmäßig. Hierzu zählen auch Aufwendungenfür Reparaturen und Instandhaltung der Geräte und Ma-schinen, für die Pflege des Datenbestands sowie für Schu-lungen und Einweisungen des Personals zur Handhabungder Systeme.

2.1 Kosten der DatenerfassungDatenerfassung bei Offlineverfahren

Eine wichtige Datenquelle für Offlineverfahren stellenBodenkarten dar. Karten auf Grundlage der Bodenschät-zung liegen in vielen Betrieben bereits vor. Ansonstenkönnen sie über die regional zuständigen Behörden (u. a.Oberfinanzdirektionen, ggf. Katasterämter) bezogen wer-den. Bislang sind überwiegend analoge Fassungen der

Karten verfügbar; allerdings wird die Digitalisierung inden Bundesländern derzeit sukzessive vorgenommen. DieKosten für eine Flurkarte mit den Ergebnissen der Boden-schätzung bemessen sich nach der Vermessungsge-bührenordnung und können zwischen den abgebendenEinrichtungen variieren. Einige bieten die Karten inzwis-chen auch über das Internet an. Die Kosten pro ha bewe-gen sich etwa im Bereich von 3 bis 10 Euro und nehmenfür größere Karten ab.5 Da die Anschaffung einer Boden-karte einmalig ist, sind die Kosten als verhältnismäßig ge-ring einzustufen. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen,dass Karten auf Grundlage der Bodenschätzung nur unterden in Kapitel II.4 genannten Einschränkungen, d. h. ins-besondere unter Zuhilfenahme weiterer Datenquellen, zuverwenden sind.

Luft- und Satellitenaufnahmen liefern flächendeckendeFernerkundungsdaten für große Areale (z. B.180 × 180 km2 bei Landsat). Sie können von privatenDienstleistern bezogen werden. Hochauflösende Satelli-tenbilder sind nach Lettner et al. (2001, S. 112) zu Preisenvon 4 bis 12 Euro/km2 erhältlich. Da Fernerkundungsda-ten je nach Datenquelle (Luft- oder Satellitenbildaufnah-men, verschiedene abgedeckte Spektralbereiche) sehrunterschiedliche Qualitäten aufweisen und somit unter-schiedliche Behandlungen für die Nutzbarmachung derDaten erfordern, ist ein Vergleich der Kosten für die„Rohdaten“ nur bedingt sinnvoll. Verschiedene Herstellerbieten meist nicht nur Rohdaten, sondern Pakete mit ent-sprechenden Datenauswertungen an: So umfasst z. B. dasStartpaket „LORIS® Maps“ von der Firma KEMIRAGrowHow neben Infrarot-Luftbildern weitere Dienstleis-tungen wie beispielsweise die Erstellung einer Karte derBiomasseverteilung auf Grundlage des Infrarot-Luftbil-des sowie eine Düngungsempfehlung. Die Kosten belau-fen sich im Paketangebot für 50 ha auf 8 Euro/ha.

Karten, die nicht auf historischen Daten beruhen, sondernrelevante Boden- und Pflanzenparameter relativ zeitnahvor Durchführung der Bewirtschaftungsmaßnahme dar-stellen, können von den Landwirten selbst oder durchDienstleistungsunternehmen erstellt werden. Vorausset-zung hierfür ist ein satellitengestütztes Positionierungs-system, das eine Kartierung der relevanten Parameter mithinreichender Genauigkeit erlaubt. Die in diesem Zusam-menhang entstehenden Kosten – v. a. für die Anschaffungdes GPS-Empfangsgeräts sowie für einen Referenzsignal-dienst – werden in Kapitel IV.2.3 detaillierter dargestellt.

Eine manuelle Aufnahme der Daten – etwa im Zuge einerUnkrautkartierung – ist mit einem hohen Zeit- und Kos-tenaufwand verbunden: So rechnen Lettner et al. (2001,S. 123 f.) bei der manuellen Unkrautbonitur je nachGröße des Aufnahmerasters und dem Grad der Ver-unkrautung mit einem Zeitbedarf von einer bis fünf Ar-beitskraftstunden/ha, was bei einem Lohnansatz von10 Euro/Stunde zu Kosten in Höhe von 10 bis 50 Euro/haführt. Dabei ist vor jeder teilflächenspezifischen Applika-

5 Für einen Kartenausschnitt im Format DIN A4 (entspricht 1,5 ha)sind in Bonn 13,75 Euro und in Meldorf 12 Euro zu entrichten; beiDIN A1 (entspricht 12 ha) in Bonn 55 Euro, in Meldorf 32 Euro.


tion eine erneute Bonitur des aktuellen Unkrautbestandsnötig. Sensoren ermöglichen eine Datenerfassung mit er-heblich geringerem Zeitaufwand als manuelle Bonituren.Sie könnten so – trotz ihres z. T. hohen Anschaffungsprei-ses – zu einer Reduktion der Kosten für die Erfassungsich rasch ändernder Parameter führen.

Die Ertragskartierung in Getreide während der Ernte istein sensorbasiertes PA-Verfahren mit relativ weiterVerbreitung. Der Preis für die verwendeten Korndurch-satzsensoren beläuft sich z. B. im Falle der Quantimeter-technik der Firma Claas auf rund 4 900 Euro. DieErtragskartierung soll Hinweise auf die Produktivitätsun-terschiede innerhalb des Feldes geben und auf dieser Ba-sis eine Optimierung der Bewirtschaftungsmaßnahmenermöglichen. Die Ertragskartierung kann auch als Dienst-leistung bezogen werden; der Preisaufschlag gegenüberden reinen Erntekosten beträgt rund 10 Euro/ha.

Die Messung und Kartierung der elektrischen Bodenleit-fähigkeit als Indikator für die Nährstoffversorgung desBodens kann im Prinzip ebenfalls vom Landwirt selbstdurchgeführt werden, wird aber aufgrund der erforderli-chen Kalibrierung meist von Dienstleistern übernommen.Sensoren zur Messung von Bodennährstoffen gibt es vonverschiedenen Herstellern (z. B. Veris, Mucep, SoilDoctor® oder GEM 300). Das Gerät „EM38“ der FirmaGeonics Limited ist in Deutschland am weitesten verbrei-tet. Es ist zu einem Preis ab rund 8 900 Euro erhältlich. Jenach Betriebsgröße und Häufigkeit der Verwendung erge-ben sich aus den Anschaffungskosten für die Sensortech-nik unterschiedliche Kosten für die Kartierung des betref-fenden Parameters. Die Messung der elektrischenBodenleitfähigkeit ist als Dienstleistung für 6 bis 8 Euro/ha zu beziehen (KTBL 2004).

Auch die Erstellung von Karten zum Gehalt an Grund-nährstoffen im Boden erfolgt bei Bedarf unter Verwen-dung eines satellitengestützten Positionierungssystemszur Verortung der Bodenproben und der daraus erhobenenDaten. Diese positionsgenaue Nährstoffkartierung kannvom Landwirt mit geeigneten GPS-Geräten selber durch-geführt werden, erfolgt aber im Allgemeinen als Dienst-leistung. Die Bodenproben werden derzeit noch im Laboranalysiert. Die Kosten für die Beprobung im 5-ha-Rastermit Analyse der Nährstoffe Phosphat, Kalium und Mag-nesium sowie des pH-Werts einschließlich Kartendarstel-lung belaufen sich – je nach Anbieter – auf etwa 10 bis15 Euro/ha; im 1-ha-Raster fallen höhere Kosten an. Dadie Grunddüngung nicht jährlich, sondern meist im Ab-stand von einigen Jahren durchgeführt wird (max. sechsJahre Abstand), ist die Erstellung von Nährstoffkarten alsGrundlage für die teilflächenspezifische Düngung zwarebenfalls nicht im jährlichen Turnus nötig. Dennoch sind– gerade bei einer geringen Rastergröße – die für den Be-trieb anfallenden Kosten erheblich.

Datenerfassung bei Onlineverfahren

Bei Onlineverfahren kommen verschiedene Sensorenzum Einsatz, die eine sofortige Umsetzung des gemesse-

nen Parameters in eine differenzierte Bewirtschaftung er-möglichen. Stickstoffsensoren, die durch spektrale Mes-sung des vom Pflanzenbestand reflektierten Lichts dieStickstoffversorgung und den Stickstoffbedarf der Pflan-zen ermitteln, werden von verschiedenen Herstellernangeboten. Die Kosten beispielsweise für den Yara N-Sensor® belaufen sich auf rund 21 400 Euro bei einer Ta-gesleistung von 150 ha. Für Upgrades zur Integrationneuer pflanzenbaulicher Erkenntnisse fallen zusätzlicheKosten von etwa 450 Euro/Jahr an (http://www.agri-con.de, Juli 2005). Die Verwendung des Sensors kann beider Firma Agri Con auch als Dienstleistung bezogenwerden; die Kosten belaufen sich einschließlich derentsprechenden Applikationstechnik auf 14 Euro/ha.Optoelektronische Unkrautsensoren (z. B. Detectspray®,Weedseeker®) werden ebenfalls von verschiedenen Her-stellern angeboten. Das System Detectspray® kostet fürden Einsatz in der Landwirtschaft rund 14 000 Euro. DerCROP-Meter, der für eine teilflächenspezifische Ausbrin-gung von Stickstoffdünger und bestimmten Pflanzen-schutzmitteln verwendet werden kann, ist zu einem Preisvon rund 5 800 Euro erhältlich. Wie bei den o. g. Senso-ren zum Einsatz in Offlineverfahren variieren auch beiden hier genannten Sensoren die Kosten/ha je nach Be-triebsgröße und Verwendungshäufigkeit.

2.2 Kosten von Datenmanagement- und Beratungssystemen

Datenmanagement bei Offlineverfahren

Die Datenverwaltung, -analyse und -interpretation bis hinzur Erstellung von Applikationskarten geschieht mit Hilfebestimmter Computerprogramme. Sie zeichnen sich da-durch aus, dass z. T. große Mengen raumbezogener Datenmit geeigneten Algorithmen bearbeitet werden können.Häufig wird die für eine teilflächenspezifische Bewirt-schaftung erforderliche Software als Bestandteil von An-gebotspaketen zusammen mit der entsprechenden Sensor-bzw. Applikationstechnik vertrieben. Generell unterschei-den sich die verschiedenen Angebote hinsichtlich derFunktionalitäten, die für die Analyse und Interpretationder Daten zur Verfügung stehen. Entsprechend variierenauch die Preise der angebotenen Software. So belaufensich beispielsweise die Kosten für das Programm„AGRO-MAP“ des Anbieters AGROCOM für die Erstel-lung von Ertragskarten für einen Betrieb mit 100 ha Flä-che auf rund 350 Euro. Geoinformationssyteme mit ei-nem weiteren Leistungsumfang werden zu Preisenzwischen 600 und 2 000 Euro einschließlich einer Lizenzfür 1.000 ha angeboten; für eine unbegrenzte Lizenz be-laufen sich die Kosten auf bis zu 2 600 Euro. Zusätzlichfallen in den meisten Fällen jährliche Supportkosten an,die 10 bis 20 Prozent des Anschaffungspreises für dieSoftware betragen können (http://www.tbv-erfurt.de, Juli2005). Bei der Anschaffung muss im Einzelfall geprüftwerden, welche Anforderungen das Programm zu erfül-len hat. Dabei sind auch allgemeine Anforderungen zuberücksichtigen, z. B. dass eine künftige Integration wei-terer PA-Anwendungen möglich sein sollte.


Datenmanagement bei Onlineverfahren

Onlineverfahren erfordern einen geringeren Management-aufwand für Daten als Offlineverfahren, da die Georefe-renzierung, Speicherung und Auswertung der erfasstenDaten zur Steuerung der teilflächenspezifischen Applika-tion grundsätzlich nicht erforderlich ist. Allerdings ge-nügt die sensorgestützte Datenerfassung allein nicht füreine teilflächenspezifische Bewirtschaftung. Vielmehrmuss – ausgehend von den erhobenen Daten – auf dieAusprägung der Bewirtschaftungsmaßnahme geschlossenwerden (z. B. Applikationsmenge des Stickstoffdüngers).Dies geschieht mit Hilfe von Computerprogrammen, diei. d. R. bei Angeboten für Sensor- bzw. Applikationstech-nik bereits enthalten sind. Die gesonderte Auflistung vonKosten für das Datenmanagement bei Onlineverfahren istdaher nur bedingt sinnvoll. Falls jedoch eine georeferen-zierte Erfassung der Sensordaten erfolgen soll – etwa alsDatengrundlage für kombinierte Online-/Offlineanwen-dungen oder aber zu Dokumentationszwecken –, mussauf o. g. Geoinformationssysteme bzw. Beratungs- undEntscheidungsunterstützungssysteme zurückgegriffen wer-den. Onlineverfahren sind zurzeit vorrangig für die Stick-stoffdüngung verfügbar. Für weitere pflanzenbaulicheMaßnahmen (z. B. Ausbringung von Pflanzenschutzmit-tel) werden in den nächsten Jahren voraussichtlich eben-falls in Echtzeit arbeitende Sensorsysteme angeboten.

Hardware

Bei der Planung und Durchführung von PA-Maßnahmenwerden große Datenmengen erzeugt und bearbeitet. Diehierfür erforderliche Hardware besteht im Wesentlichenaus einem büroüblichen, leistungsstarken Betriebsrech-ner6, dem Bordcomputer auf dem Traktor bzw. Selbstfah-rer sowie so genannten Jobrechnern auf den jeweiligenGeräten. Bordcomputer gehören bei den meisten Land-maschinenherstellern zur Serienausstattung und Jobrech-ner werden inzwischen meist beim Kauf von Neugerätenals Zusatzausstattung – und zukünftig vermutlich stan-dardmäßig – angeboten.

2.3 Kosten der Applikations- und Navigationstechnik

Globales Positionierungssystem

Ein satellitengestütztes Positionierungssystem ist Voraus-setzung für die Durchführung teilflächenspezifischerMaßnahmen auf Basis von Applikationskarten (Offline-verfahren oder mit Onlinesystemen kombinierte Offline-verfahren). Zudem wird es für einen wichtigen Teil derDatenerfassung im Rahmen von Offlineverfahren benö-tigt (z. B. Ertragskartierung). Die Kosten für ein Positio-nierungssystem setzen sich zusammen aus den Kosten fürein Empfangsgerät für die Ortungssignale der Satelliten so-wie – falls eine höhere Ortungsgenauigkeit verlangt ist –einen Dienst, der Korrektursignale für die satellitenge-stützte Ortung anbietet. Einfache GPS-Empfänger sind

bereits zu einem Preis ab 250 Euro erhältlich. Allerdingsbieten Geräte mit höherem Preis i. d. R. eine höhere Ge-nauigkeit bei der Positionsbestimmung, weshalb für dielandwirtschaftliche Nutzung empfohlene GPS-Gerätezwischen 1 000 und 8 000 Euro kosten.

Auch bei den Korrektursignalen gibt es große Unter-schiede hinsichtlich der Genauigkeit der Positionierung.Hier gilt ebenfalls, dass eine höhere Genauigkeit höhereKosten für den Signaldienst mit sich bringt. Für diemeisten heute verfügbaren PA-Anwendungen ist eine Ge-nauigkeit in der Größenordnung von einem Meter ausrei-chend. Lediglich satellitengestützte automatische Lenk-systeme lassen sich nur auf Grundlage wesentlich höhererGenauigkeiten im Zentimeterbereich durchführen.Grundsätzlich ist jedoch davon auszugehen, dass höhereGenauigkeiten bei allen satellitengestützten Anwendun-gen zu besseren Ergebnissen führen.

Tabelle 6 gibt einen Überblick über die in Deutschlandverfügbaren Korrektursignale mit ihren Genauigkeitenund Kosten. Der Echtzeit-Positionierungs-Service (EPS)des Satellitenpositionierungsdienstes der deutschen Lan-desvermessung (SAPOS®) stellt ein relativ kostengünsti-ges Angebot für Korrektursignale dar, da die Lizenzge-bühren lediglich einmalig beim Kauf des Decoders zuentrichten sind. GPS-Korrekturdaten mit einer Positions-genauigkeit von etwa einem Meter und ebenfalls geringenLizenz-kosten liefert der Korrektursignaldienst ALF(Accurate Positioning by Low Frequency) der DeutschenTelekom. Die maximale Reichweite des in Mainflingenbei Frankfurt installierten Langwellensenders beträgt al-lerdings nur rund 600 km. Eine interessante Alternativezu diesen kommerziellen Angeboten stellt der kostenfreieKorrekturdatenservice für die Schifffahrt (Beacon-Küs-tenfunk) dar, der nach Abschluss des Probebetriebs ganzDeutschland abdecken soll.

Auch der Europäische Geostationäre Navigationsüberla-gerungsdienst (European Geostationary Navigation Over-lay Service, EGNOS), ein gemeinsames Projekt der Euro-päischen Raumfahrtagentur ESA, der EuropäischenKommission sowie der Europäischen Flugsicherung,wird voraussichtlich ab 2006 europaweit in vollem Be-trieb und kostenfrei zu nutzen sein. Besteht Sichtkontaktzu den Satelliten kann mit diesen Korrekturinformationeneine Positionsgenauigkeit von 0,20 bis 2 m erreicht wer-den. Für die satellitengestützten Korrekturdatendienstevon OmniSTAR® fallen neben den Decoderkosten vonrund 2 500 Euro noch Lizenzgebühren in Höhe von 500bis 800 Euro jährlich an.

Navigationstechnik

Die satellitengestützte Ortung kann in verschiedenenFormen zur Unterstützung des Landwirts bei der Fahr-zeugsteuerung auf dem Acker genutzt werden. Satelliten-gestützte Spurführungssysteme erfordern i. d. R. Korrek-tursignale mit einer Genauigkeit im Zentimeter- oderDezimeterbereich, wie sie von den SignaldienstenOmniSTAR® und EGNOS abgestrahlt bzw. von einer ei-genen Referenzstation geliefert werden (Klee/Hofmann2005, S. 18). In Tabelle 7 sind einige DGPS-gestützte Au-topilotsysteme sowie Referenzsignalkosten aufgeführt.

6 Sofern eine Neuanschaffung notwendig ist, genügt die Leistungsfä-higkeit aktueller Computer meist den Anforderungen. Die Kosten va-riieren je nach Ausstattung und Anbieter, bewegen sich aber etwa imBereich von 1 000 Euro.


Ta b e l l e 6

Kosten für Korrektursignale mit Genauigkeiten im Meterbereich

Quelle: Demmel 2004, S. 22; Griffin 2004; KTBL 2002; http://www.esa.int (Juli 2005); http://www.sapos.de (Juli 2005)

Ta b e l l e 7

Kenngrößen für DGPS-gestützte automatische Traktorlenkungen

Quelle: nach Klee/Hofmann 2005, S. 18, geändert

Korrektursignaldienst Decoderkosten Lizenzkosten Genauigkeit Bemerkungen

Eigenanlage (Funk) ab 10.000 Euro – bis zu 1 cm,je nach Basis-länge

Reichweite max. 5 bis 30 km je nach Sendeleistung (Sichtweite)

Beacon-Küstenfunk(Mittelwelle)

ab 800 Euro – 1 bis 5 m derzeit im Probebetrieb, künftig deutschlandweit

ALF-Dienst(Langwelle)

ab 700 Euro 125 Euro für10 Jahre

bis in Sub-meterbereich

Reichweite 600 km Radius um Mainflingen, Langwelle zuverlässig im Empfang

SAPOS®-EPS(UKW)

ab 800 Euroinkl. Lizenz

– 0,50 bis 3 m deutschlandweit verfügbar

OmniSTAR®

(wide area)2.500 Euro 500 bis 800

Euro/Jahr20 bis 70 cm weltweit verfügbar, hohe Empfangs-

sicherheit

EGNOS(wide area)

in best. GPS-Empfängernintegriert

– 0,20 bis 2 m, abhg. von Satellitenzahl

ab Anfang 2006 europaweit verfügbar

DGPS-Anbieter Hersteller Lenksystem Genauigkeit Preis Referenzsignal-

kosten/Jahr

EGNOS/OmniSTAR®

AGCO/BEELINE Technologies

Auto-Guide +/–25 cm+/–5 bis 20 cm

15.000–24.400 Euro je nach Präzisionund Typeneignung

kostenlos;840–2.000 Euro

StarFireSF 2

John Deere Auto Trac II +/–5 cm 19.100–24.400 Euro 1.000 Euro

OmniSTAR® geo-Konzept/Trimble

AgGPS-Auto-pilot

+/–10 bis 30 cm 17.400–23.200 Euro 800–1.800 Euro

Der Parallelfahrassistent „OUTBACK S“ der FirmaAGROCOM berechnet die Fahrtposition einige Sekundenim Voraus und gibt eine Lenkempfehlung an den Fahrer(Kap. III.6). Das Gerät ist für rund 6 500 Euro erhältlichund kann zu einem Autopilotsystem („E-DRIVE“) aufge-rüstet werden, welches die Fahrzeugsteuerung über eineHydraulik selbsttätig vornimmt. Hierzu werden zusätz-lich eine Steuerungseinheit sowie ein Lenkventil benö-tigt, welche von einer autorisierten Werkstatt installiert

werden müssen (http://www.agrocom.com, Juli 2005).Der Preis für diese Aufrüstung beläuft sich auf rund7 000 Euro.

Applikationstechnik

Zur teilflächenspezifischen Ausbringung von Saatgut,Dünger und Pflanzenschutzmitteln im Offlineansatz sindneben einem Positionierungssystem auch geeignete Aus-


bringvorrichtungen nötig, die eine hinreichend genaueDosierung der Betriebsmittel gestatten. EntsprechendeApplikationstechnik wird auch für Onlineanwendungen– etwa in den Bereichen Stickstoffdüngung oder Pflan-zenschutz – benötigt.

Pneumatische Drillmaschinen für eine teilflächenspezifi-sche Anpassung der Saatstärke sind von verschiedenenHerstellern verfügbar. Für die differenzierte Saatgutaus-bringung bietet z. B. die Firma Lemken eine entspre-chende Sämaschine mit einer GPS-tauglichen elektroni-schen Steuerung zu einem Aufpreis von rund 850 Euroan. Die Kosten für eine Nachrüstung belaufen sich dage-gen auf rund 4 000 Euro. Bei der Aussaat muss die Drill-maschine zusätzlich mit Füllstandssensor, Saatmengen-verstellung und hydraulischem Antrieb der Säwelleausgestattet sein sowie eine optische Überwachung derSäaggregate ermöglichen.

Im Bereich der Düngung stattet z. B. die Firma Rauch be-stimmte Baureihen von Düngerstreuern mit Jobrechnernaus, die von ISOBUS-fähigen Terminals angesteuert wer-den können und somit für PA tauglich sind. Der Aufpreisfür diese Steuerungseinheiten für den Düngerstreuer unddie Jobrechner beträgt rund 2 700 Euro.

Für die differenzierte Applikation von Pflanzenschutz-mitteln bietet z. B. der Hersteller Dammann Feldsprit-zen mit ISOBUS-gesteuerten Jobrechnern zu einemAufpreis von 4 600 bis 5 800 Euro an. Die Firma Ama-zone bietet für Neumaschinen die SteuerungseinheitAmatron Plus als Jobrechner für rund 1 500 Euro an, diesowohl für die Aussaat als auch für Ausbringung vonDünge- und Pflanzenschutzmitteln geeignet ist. Aller-dings muss die Maschine z. B. für die Düngung zusätz-lich mit einem Elektromotor ausgestattet sein, der dasSteuerventil bedient.

2.4 Beispielhafte Investitionskosten für konkrete Anwendungen

Im Folgenden werden exemplarisch die Anschaffungs-kosten zur Durchführung teilflächenspezifischer Bewirt-schaftungsmaßnahmen dargestellt (Tab. 8). Als Beispieledienen die Grunddüngung im Offlineverfahren, dieOnlinestickstoffdüngung mit dem Yara N-Sensor®, dieApplikation von Herbiziden auf Basis optoelektronischerSensordaten sowie die Verwendung des CROP-Meterszur differenzierten Wachstumsreglerapplikation. Dabei istzu berücksichtigen, dass die Kosten je nach Wahl derAusrüstung und Anbieter variieren können.

Die teilflächenspezifische Grunddüngung geschieht imBeispielsfall unter Verwendung eines Amazone-Streuersmit der Steuerungseinheit Amatron Plus sowie der Soft-ware AGRO-MAP. Hierfür fallen insgesamt Investitions-kosten von rund 1.800 Euro an. Weitere Kosten fallen andurch Nährstoffkartierungen (15 Euro/ha alle fünf Jahre)sowie Ertragskartierungen (10 Euro/ha bei Durchführungdurch einen Dienstleister), die als Grundlage zur Erstel-lung von Applikationskarten dienen. Diese zusätzlichenKosten summieren sich auf 13 Euro/ha/Jahr. Für die teil-flächenspezifische Stickstoffdüngung wird die Anwen-dung des Yara N-Sensors® in Verbindung mit einemRauch-Düngerstreuer angenommen. Zusammen mit Auf-wendungen für den Jobcomputer und Elektromotor amStreuer fallen Investitionskosten von rund 26 000 Euroan. Weiter wird angenommen, dass zur teilflächenspezifi-schen Herbizidbehandlung der optoelektronische Sensor„Detectspray®“ (Investitionskosten von rund 14 000Euro) eingesetzt wird. Bei der teilflächenspezifischenWachstumsreglerapplikation wird unterstellt, dass dieseunter Verwendung des CROP-Meters in Verbindung mitder Spritztechnik der Firma Dammann (Anschaffungs-preis insgesamt: 11 600 Euro) durchgeführt wird.

Ta b e l l e 8

Investitionskosten für beispielhafte PA-Anwendungen

1 Hier ist unterstellt, dass ein geeigneter Düngerstreuer vorhanden ist, der über den Jobrechner zur teilflächenspezifischen Applikation genutzt wer-den kann. Die Kosten für ein GPS sind nicht enthalten.

2 Die Kosten für AGRO-MAP gelten für einen 100-ha-Betrieb.Quelle: nach Strecker et al. 2004a, S. 42 ff.

Anwendungsbereich Kostenpositionen Anbieter Kosten

Grunddüngung1 Jobrechner Amatron PlusSoftware AGRO-MAP2

AmazoneAGROCOM

1.510 Euro290 Euro

Stickstoffdüngung N-Sensor (inkl. Jobcomputer)Düngerstreuer (Aufpreis)Elektromotor am Streuer

YaraRauch

21.400 Euro2.670 Euro1.930 Euro

Herbizidapplikation Detectspray® 14.000 Euro

Wachstumsreglerapplika-tion

CROP-MeterSpritztechnik

MüllerDammann

5.800 Euro5.800 Euro


3. Betriebsmitteleinsparungen und Mehrerträge

PA soll durch eine Anpassung der Bewirtschaftungsmaß-nahmen an kleinräumige Standort- und Bestandsunter-schiede aufgrund von Einsparungen beim Betriebsmittel-einsatz oder höheren Erträgen einen ökonomischenVorteil gegenüber flächeneinheitlicher Bewirtschaftungmit sich bringen. Dies ist auf zwei Teileffekte zurückzu-führen: Zum einen werden bei einer einheitlichen Bewirt-schaftung von Ackerflächen meist mehr Betriebsmittelaufgewendet, als dies für Teile der Fläche nötig ist, etwadurch eine Herbizidapplikation in Bereichen, die nur we-nig oder gar keinen Unkrautbewuchs aufweisen. In diesenFällen können PA-Verfahren zu Betriebsmitteleinsparun-gen bei gleich bleibenden Erträgen und damit zur Verrin-gerung der Kosten führen. Auf der anderen Seite kann dieflächeneinheitliche Bewirtschaftung dazu führen, dassdas Ertragspotenzial des Standorts wegen einer auf Teil-flächen nicht optimalen Produktionsweise nicht voll aus-geschöpft wird. Hier soll PA durch einen auf das optimaleNiveau angepassten Betriebsmitteleinsatz zu Mehrerträ-gen und damit zu Mehreinnahmen führen. Unter Praxis-bedingungen greifen beide Teileffekte teilweise ineinan-der, so dass – je nach den spezifischen Bedingungen –eine Kombination aus verringertem Betriebsmitteleinsatzund gesteigerten Erträgen zu erwarten ist.

Im Folgenden werden die in empirischen Untersuchungenermittelten Effekte verschiedener PA-Verfahren auf Be-triebsmitteleinsparungen oder Mehrerträge dargestellt.Dabei können nur einzelne Verfahren isoliert betrachtetwerden, wenngleich angenommen wird, dass durch Kom-bination verschiedener Anwendungen – etwa differen-zierte Stickstoffdüngung zusammen mit einer teilflächen-spezifischen Aussaat – ein größerer ökonomischer Vorteilerzielt werden kann. Die Einzelbetrachtung wird durch-geführt, da zum einen nur eine äußerst geringe Anzahlvon Untersuchungen vorliegt, die eine Kombination vonPA-Verfahren bei gleicher Fruchtart oder gar in einemganzen Betrieb zum Gegenstand haben. Zum anderen istbereits die Verallgemeinerung von Versuchsergebnissenzu einzelnen PA-Anwendungen problematisch.

Teilflächenspezifische Bodenbearbeitung

Der Vorteil einer teilflächenspezifischen Bodenbearbei-tung wird in erster Linie in der Einsparung von Diesel-kraftstoff gesehen. Der Kraftstoffbedarf bei der Bodenbe-arbeitung bewegt sich gegenwärtig zwischen 10 und 20 l/ha (KTBL 2004), je nach Maschinenausstattung, Boden-bearbeitungsverfahren (Pflügen, Grubbern) sowie Artund Zustand des zu bearbeitenden Bodens. Dabei ist dieBearbeitungstiefe von entscheidender Bedeutung.

Im BMBF-Verbundprojekt preagro wurde in einem Strei-fenversuch mit jeweils zwei Messfahrten auf bestimmtenTeilflächen eine Reduktion der Bearbeitungstiefe von20 bis 25 auf 10 cm vorgenommen. Der Kraftstoffbedarfwar für die flache Bearbeitung weniger als halb so hochwie für die tiefe Variante (Sommer/Voßhenrich 2002,S. 241). Außerdem konnte bei reduzierter Bearbeitung-stiefe die Arbeitsgeschwindigkeit deutlich erhöht werden.

Die teilflächenspezifische Anpassung der Bearbeitung-stiefe erwies sich als ertragsneutral.

Eine Einschätzung des Potenzials zur Einsparung vonKraftstoff auf Grundlage der vorliegenden Daten ist pro-blematisch, weil sie sich auf eine äußerst dünne empiri-sche Basis stützen müsste. Zudem kann derzeit nicht ab-geschätzt werden, welcher Anteil der AckerflächenDeutschlands die Kriterien für eine teilflächenspezifischeReduktion der Bodenbearbeitungstiefe erfüllt. Wenn ver-einfacht davon ausgegangen wird, dass auf 50 Prozent ei-ner Ackerfläche die flache anstelle der tiefen Bearbeitungangewandt werden könnte, würde sich für diese Ackerflä-che ein Einsparpotenzial an Dieselkraftstoff von rund25 Prozent gegenüber einer flächeneinheitlich tiefen Bo-denbearbeitung ergeben.

Teilflächenspezifische Aussaat

Im Bereich der teilflächenspezifischen Aussaat könnendurch eine Anpassung der Saatstärke prinzipiell Einspa-rungen bei der Saatgutmenge oder Mehrerträge erzieltwerden. Bislang liegt allerdings nur eine geringe Anzahlvon Versuchsergebnissen zu teilflächenspezifischer Aus-saat von Mais und Winterweizen vor (u. a. Praxisbetriebin Golzow). Bei Winterweizen konnte auf wenig hetero-genen Feldern die Saatgutmenge gegenüber flächenein-heitlicher Bewirtschaftung um 6 bzw. 13 Prozent7 reduz-iert werden, ohne dass nachteilige Auswirkungen auf denErtrag festgestellt wurden (Schmerler et al. 2001, S. 36).Bei Körnermais konnten keine relevanten Effekte auf dieSaatgutmenge bzw. den Ertrag beobachtet werden, aller-dings handelte es sich dabei um ein Feld mit geringerBodenheterogenität. Hingegen konnte beim Maisanbauauf heterogenen Flächen die Saatstärke auf wenigerfruchtbaren Teilflächen ohne Ertragseinbußen deutlichreduziert werden. Die Erhöhung der Maissaatstärke auffruchtbaren Teilflächen brachte zusätzliche Er-tragssteigerungen bis zu 5 Prozent8 mit sich. Auch Maidlet al. (2000, S. 125) berichten nach einjährigen Streifen-versuchen mit Mais von höheren Erträgen durch die teil-flächenspezifische Anpassung der Saatstärke. Die vorlie-genden Untersuchungsergebnisse entsprechen somit denErwartungen hinsichtlich positiver Effekte der teilflä-chenspezifischen Aussaat. Allerdings sollten sie vor demHintergrund der schwachen Datenbasis sowie der gene-rell problematischen Verallgemeinerung entsprechenderVersuchsergebnisse eher als Hinweis denn als statistischsignifikante Bestätigung betrachtet werden.

Teilflächenspezifische Grunddüngung und Kalkung

Der Vorteil der teilflächenspezifischen Ausbringung vonGrundnährstoffen wird in erster Linie in Einsparungenbei der ausgebrachten Düngermenge gesehen. So ist die

7 1997 wurden bei differenzierter Aussaat 173 kg gegenüber 198 kgSaatgut/ha bei einheitlicher Saatstärke ausgebracht, 1998 belief sichdie Menge auf 190 kg gegenüber 203 kg/ha.

8 Die Mehrerträge beliefen sich auf bis zu 5 dt/ha bei Erträgen von biszu 98 dt/ha bei einheitlicher Saatstärke (Schmerler et al. 2001, S. 37u. 92).


Versorgung des Ackerbodens mit Phosphat und Kaliuminnerhalb eines Feldes häufig stark variabel. Mit Er-tragssteigerungen hingegen wird aufgrund des meist aus-reichenden Bodenvorrats an Nährstoffen weniger gerech-net. Allerdings hat eine Studie über den aktuellen Standder regionalen Phosphatverteilung in Deutschland erge-ben, dass die Versorgung landwirtschaftlich genutzterBöden mit Phosphat einer weiteren Optimierung bedarf:lediglich 38 Prozent der Flächen verfügten über eine opti-male Phosphatversorgung; 36 Prozent waren dagegen mitPhosphat überversorgt und weitere 26 Prozent unterver-sorgt9 (LUFA Rostock 2005).

Der Nachweis von Ertragseffekten durch optimaleGrunddüngung ist – wenn überhaupt – nur langfristigmöglich und mit größeren Unsicherheiten behaftet (Wen-kel et al. 2002, nach Strecker et al. 2004a, S. 18). Die An-zahl der vorliegenden Untersuchungen zu den Effekteneiner teilflächenspezifischen Grunddüngung und Kalkungist eher gering. Während einerseits von Einsparpotenzia-len bei der differenzierten Phosphatdüngung berichtetwird (Ostheim 2000), zeigt eine andere Untersuchungkeine wesentlichen Unterschiede in der insgesamt ausge-brachten Menge an Phosphat und Kalk im Vergleich zurflächeneinheitlichen Düngung (Weisz et al. 2003). Diesist darauf zurückzuführen, dass die ausgebrachte Dünger-menge gegenüber der flächeneinheitlichen Düngung zwarauf bestimmten Teilflächen reduziert, auf anderen Teilflä-chen jedoch erhöht wurde.

Der gleiche Effekt wurde auf einem 80 ha großen Feldbei der zweijährigen Vorratsdüngung mit Phosphat undKalium beobachtet (Wenkel et al. 2002, nach Strecker etal. 2004a): Hier hätte die einheitliche Ausbringung einesummarische Überdüngung von 312 kg Phosphat und174 kg Kalium sowie eine lokale Unterversorgung von368 kg Phosphat und 419 kg Kalium mit sich gebracht.Insgesamt zeigte sich für beide Nährstoffe eine Steige-rung der ausgebrachten Düngermenge. In einem anderenVersuch konnte als Folge einer teilflächenspezifischenKalkung ein signifikanter Anstieg des Sojaertrags nach-gewiesen werden; ein Einfluss der Phosphatdüngung aufden Ertrag wurde in diesem Versuch hingegen nicht fest-gestellt (Weisz et al. 2003).

Für die differenzierte Grunddüngung kann auf Grundlageder vorliegenden Daten kein eindeutiges Fazit gezogenwerden. Ertragssteigerungen scheinen eher unwahr-scheinlich, können aber nicht ausgeschlossen werden. Beider ausgebrachten Düngermenge sind neben den erwarte-ten Reduktionen auch gleich bleibende Mengen bzw.Steigerungen möglich. In diesen Fällen kann jedoch da-von ausgegangen werden, dass die kleinräumige Nähr-stoffversorgung des Bodens näher an dem – in der Mo-dellvorstellung angenommenen – Optimum für diePflanzenversorgung liegt.

Teilflächenspezifische Stickstoffdüngung

Die Stickstoffversorgung der Pflanzen zählt zu den be-deutendsten Ertragsbestimmenden Faktoren im Acker-bau. Von einer kleinräumig angepassten Stickstoffdün-gung werden neben Einsparungen bei der ausgebrachtenDüngermenge auch Ertragssteigerungen erwartet. DieseErwartungen konnten durch Untersuchungen auf Basisvon Offlineverfahren (bzw. kombinierten Ansätzen) häu-fig bestätigt werden. So zeigten die Ergebnisse des Pra-xisbetriebs in Golzow10 für acht von zehn Versuchsfel-dern um 2 bis 18 Prozent reduzierte Düngermengen imVergleich zur einheitlichen Bewirtschaftung; lediglich beizwei Versuchen mit Sonnenblumen und Sommergerstewurde insgesamt mehr gedüngt. Dabei zeigte sich, dassdie bei einheitlicher Bewirtschaftung ausgebrachte Dün-germenge nur auf etwa 15 Prozent der Fläche optimalwäre – auf 85 Prozent der Fläche würde eine Über- oderUnterversorgung des Bodens mit Stickstoff erfolgen(Abb. 9).

Über alle Versuche gemittelt konnten rund 9,5 kg Stick-stoff/ha eingespart werden. Auch der Ertrag konnte in denmeisten Versuchen gesteigert werden, im besten Fall um6 Prozent.11 Ein negativer Einfluss der teilflächenspezi-fischen Stickstoffapplikation auf die Qualität der Ern-teprodukte (z. B. auf den Proteingehalt von Getreide)wurde dabei nicht festgestellt. Ähnliche Ergebnisse lie-fern die Untersuchungen, die im Rahmen des BMBF-Ver-bundprojekts preagro durchgeführt wurden (Wenkel et al.2002). Sie zeigen insgesamt eine Verringerung des Stick-stoffdüngeraufwandes um durchschnittlich 14 kg/ha bzw.7 Prozent12 bei größtenteils konstant bleibenden Erträgen.

Andere Untersuchungen zeigen weniger eindeutige Ef-fekte der differenzierten Stickstoffdüngung. Auf den Ver-suchsbetrieben des Forschungsverbundes Agrarökosys-teme München konnten auf einem Teil der Flächen beireduzierter Düngermenge praktisch gleiche Erträge er-wirtschaftet werden; z. T. jedoch brachten erhöhte Dün-germengen niedrigere Erträge mit sich. Allerdings ist dieInterpretation dieser widersprüchlichen Ergebnisseschwierig, zum einen aufgrund von Witterungseinflüssenund zum anderen wegen der undurchsichtigen Dokumen-tation der Versuchsergebnisse (Strecker et al. 2004a,S. 59).

9 Überversorgte Flächen kommen gehäuft in Regionen mit hohenViehdichten vor, bei den unterversorgten Flächen handelt es sich v. a.um Grünlandböden, die (z. B. im Rahmen von Agrarumweltpro-grammen) zunehmend extensiv bewirtschaftet werden.

10 Die Versuche fanden zwischen 1995 und 1999 auf fünf Schlägen inden Kulturen Winterweizen, Sommergerste, Körnermais und Sonnen-blumen statt. Die erste Stickstoffgabe erfolgte auf Grundlage derErtragserwartung (abgeleitet aus digitalisierten Bodenkarten, Luftbildernund Ertragskarten) sowie Bodenproben zur Bestimmung des Stickstoff-gehalts. Für die zweite und dritte Düngergabe zu Winterweizen wurde ab1999 mit dem Hydro-N-Sensor ein Onlineverfahren gewählt.

11 Lediglich bei Sonnenblumen lag der Ertrag bei differenzierter Stick-stoffdüngung (31,2 dt/ha) geringfügig unter dem Ertrag bei einheitlicherDüngung (31,4 dt/ha). Ansonsten wurden praktisch keine Ertragsände-rungen bis hin zu Mehrerträgen ermittelt: bei Mais 0,2 bis 1,0 dt/ha(0 bis1 Prozent Mehrertrag im Vergleich zu einheitlicher Bewirtschaf-tung), bei Winterweizen 0,2 bis 3,9 dt/ha (0 bis 6 Prozent), bei Sommer-gerste 2,1 dt/ha (4 Prozent) sowie bei Sommergerste als Ganzpflanze2,4 dt/ha (5 Prozent).

12 Auf den einheitlich bewirtschafteten Flächen wurden insgesamt193 kg N/ha ausgebracht, bei der teilflächenspezifischen Ausbrin-gung im Mittel 179 kg N/ha.


A b b i l d u n g 9

Verteilung der Stickstoffapplikationsmenge eines Praxisbetriebs

Quelle: nach Schmerler et al. 2001, S. 129, geändert

Die teilflächenspezifische Stickstoffdüngung mit Online-verfahren zeigt i. d. R. positive ökonomische Effekte.Eine Untersuchung in 20 Betrieben (29 Felder, 950 haFläche) mit dem Yara N-Sensor® hat ergeben, dass bei22 von 25 Versuchen die teilflächenspezifische DüngungErtragssteigerungen gegenüber der flächeneinheitlichenDüngung mit sich brachte (Kilian/Grabo 2002). ImDurchschnitt aller Versuche betrug der Mehrertrag 2,6 dt/ha (entspricht 3,4 Prozent). Laut Anbieterangaben liegenmittlerweile in Deutschland 170 Ertragsversuche zur dif-ferenzierten Stickstoffdüngung mit dem Yara N-Sensor®

vor. In diesen Untersuchungen konnten Ertragssteigerun-gen von bis zu 18 Prozent erzielt werden. Die mittlere Er-tragssteigerung lag dabei gegenüber ortsüblicher Dün-gung bei rund 7 Prozent bei einem gleichzeitig um rund14 Prozent verringertem Stickstoffaufwand (Leithold2004, S. 28; http://www.agricon.de [Juli 2005]). In Ein-zelfällen sind höhere Stickstoffmengen ausgebracht wor-den, allerdings in Verbindung mit Mehrerträgen. Zudemsind Lagervermeidung, Druscherleichterung sowie Quali-tätsverbesserungen zu verzeichnen.13

Mit einem anderen Onlineverfahren zur teilflächenspezi-fischen Stickstoffdüngung, dem „Greenseeker®“, konntenErtragssteigerungen von 2 dt/ha und Düngereinsparungenvon 42 kg N/ha erreicht werden (Ehlert et al. 2004a,S. 42). Nach Ehlert et al. (2004b) konnte durch den Ein-satz des CROP-Meters zur Onlinestickstoffdüngung inGetreidebeständen bei über vier Jahre durchgeführtenUntersuchungen ein Mehrertrag von durchschnittlich1,5 dt/ha bei einer Stickstoffeinsparung von 13 kg/ha er-

zielt werden. Nach Anbieterangaben (Praxisversucheüber drei Jahre auf einigen hundert ha Fläche in fünf Be-trieben) konnten ohne Ertrags- und Qualitätsverluste imMittel 14 Prozent des Stickstoffdüngers gegenüber be-triebsüblicher Ausbringung eingespart werden (Müller-Elektronik 2004).

Zusammenfassend bestätigen die vorliegenden Untersu-chungen die erwarteten positiven Effekte hinsichtlichDüngemitteleinsparung oder Ertragssteigerung durch eineteilflächenspezifische Stickstoffausbringung. Bei Offline-verfahren weisen die Untersuchungsergebnisse tendenzi-ell deutliche Düngereinsparungen bei gleich bleibendenErträgen aus. Onlineverfahren dagegen zeigen durchwegpositive Ergebnisse. Die Düngereinsparung beruht dabeiv. a. auf dem Weglassen von Sicherheitszuschlägen (Leit-hold 2004, S. 29). In Einzelfällen kann die Gesamtmengean ausgebrachtem Stickstoffdünger auch höher ausfallenals bei einheitlicher Ausbringung. Allerdings sind damitauch entsprechende Mehrerträge verbunden.

Teilflächenspezifische Unkrautbekämpfung

Im Vergleich zur flächeneinheitlichen Unkrautbekämp-fung kann die teilflächenspezifische Unkrautbekämpfungzur Reduzierung sowohl der ausgebrachten Herbizid-menge als auch der Arbeits- und Gerätestunden führen.Das Einsparpotenzial unterliegt dabei verschiedenen Ein-flussfaktoren, insbesondere dem Anteil der mit Unkrautbewachsenen Gesamtfläche bzw. der Anzahl lokaler Un-krautnester. Der Bekämpfungsschwellenwert ist oft nurauf Teilflächen überschritten, so dass auch nur dort eineBekämpfung durchgeführt werden muss.

Durch die Anwendung von Offlineverfahren (Kartenan-satz meist auf Basis manueller Bonituren) kann die appli-zierte Herbizidmenge um rund 50 Prozent reduziert wer-

13 Im Durchschnitt ist eine um 10 bis 20 Prozent höhere Druschleistungund ein um 30 Prozent vermindertes Auftreten von Lager sowie eineZunahme im Rohproteingehalt um 0,2 bis 1,2 Prozent möglich (http://www.agricon.de).


den; bei einzelnen Versuchen wurden sogar Reduktionenbis knapp 90 Prozent erreicht. Bei einer Untersuchungüber vier Jahre auf acht Flächen von insgesamt 106 ha inWinterweizen und Wintergerste wurde ein Reduktions-potenzial in Höhe von 39 Prozent (Grasunkräuter) bzw.47 Prozent (Klettenlabkraut) ermittelt (Nordmeyer et al.2003). In einem anderen, vierjährigen Versuch in Winter-weizen, Wintergerste, Zuckerrübe und Mais in Rotationauf fünf Feldern mit rund 21 ha konnte der Herbizidein-satz im Mittel aller Versuche um 54 Prozent gesenkt wer-den, allerdings mit großen Unterschieden zwischen denKulturarten, Versuchsjahren und Feldern (Timmermannet al. 2003). In einer weiteren Untersuchung mit derFruchtfolge Mais, Winterweizen, Wintergerste und Zu-ckerrüben über vier Jahre auf vier Feldern mit rund 19 hawurde über alle Versuche gemittelt bei Winterweizen dieHerbizidaufwandmenge um 87 Prozent bei Grasunkräu-tern bzw. um 63 Prozent bei breitblättrigen Unkräuternreduziert. Bei Wintergerste lagen die Reduktionen um55 Prozent bei Gräserherbiziden bzw. 76 Prozent bei Mit-teln für breitblättrige Unkräuter. Bei Mais lagen die Wertebei 89 Prozent bzw. 11 Prozent (Gerhards et al. 2002b).

Auch Onlineverfahren zur teilflächenspezifischen Un-krautbekämpfung führten in Praxisversuchen zu einerdeutlichen Reduktion der ausgebrachten Herbizidmenge,wenngleich insgesamt von geringeren Einsparpotenzialenberichtet wird. In einem Versuch unter Verwendung einesoptoelektronischen Sensors im Bereich der Fahrspurenwurde die applizierte Herbizidmenge bei Erreichen einerkleinräumigen Schadensschwelle14 bis zu einer Aufwand-menge von 50 Prozent des Ausgangswerts reduziert;15 auf76 Prozent der Untersuchungsfläche wurde die Schadens-schwelle von 165 Unkrautpflanzen/m2 nicht erreicht, wasinsgesamt zu einer Mengenreduktion von 12,7 Prozentgegenüber flächeneinheitlicher Applikation führte (Eh-lert/Dammer 2002).

Da die bislang auf dem Markt verfügbaren optischen Sen-soren nicht zwischen einzelnen Kulturpflanzen- und Un-krautarten unterscheiden können, sind bislang nur An-wendungen in Fahrgassen ohne Kulturpflanzen, vor demAuflaufen der Kulturpflanzen und auf Brachflächen mög-lich. In diesen Einsatzbereichen sind die erzielbarenMittelreduktionen allerdings hoch. Beim Einsatz des„Detectspray®-Systems“ lässt sich sowohl bei konservie-render (z. B. Mulchsaat) als auch bei nicht konservieren-der Bodenbearbeitung in Mais der Herbizideinsatz um30 bis 70 Prozent gegenüber einer Ganzflächenapplika-tion reduzieren (Lettner et al. 2001, S. 117 f.).

Insgesamt bestätigen sich somit die Erwartungen hin-sichtlich verringerter Herbizidmengen für den Fall der

teilflächenspezifischen Unkrautbekämpfung auf einer gu-ten Datengrundlage. Je nach den spezifischen Bedingun-gen vor Ort können häufig rund 50 Prozent der Herbizide(bei einer Spannbreite von rund 10 bis 90 Prozent) einge-spart werden. Befürchtungen, dass eine Reduktion derAufwandmenge von Herbiziden durch eine teilflächen-spezifische Ausbringung zu einem erhöhten Unkraut-druck mit der Folge erhöhter Pflanzenschutzmittelauf-wendungen in den Folgejahren führt, werden von denvorliegenden Untersuchungen nicht bestätigt (Nordmeyeret al. 2003).

Teilflächenspezifische Applikation weiterer Pflanzenbehandlungsmittel

Im Vergleich zur Herbizidapplikation liegen zur teilflä-chenspezifischen Ausbringung von Fungiziden, Insektizi-den und Wachstumsregulatoren nur wenige Studien vor.Dies liegt im Wesentlichen darin begründet, dass es er-heblich schwieriger ist, Pilzerkrankungen oder einenSchädlingsbefall in einem frühen Stadium zu erkennen,sicher zu identifizieren und in Entscheidungsalgorithmenumzusetzen.

Die vorliegenden Versuchsergebnisse weisen jedoch da-rauf hin, dass eine nennenswerte Reduzierung der Auf-wandmengen von Pflanzenbehandlungsmitteln möglichist. In Streifenversuchen zur differenzierten Fungizid-applikation in Winterweizen unter Verwendung desCROP-Meters (Kap. III.4) konnte z. B. gezeigt werden,dass gegenüber der Ganzflächenapplikation die Fungizid-menge um 10 bis 14 Prozent reduziert werden konnte,ohne dass Ertragsunterschiede aufgetreten sind (Ehlert/Dammer 2002). Nach Anbieterangaben lässt sich durchVerwendung des CROP-Meters die ausgebrachte Pflan-zenschutzmenge durchschnittlich um 19 Prozent reduzie-ren (Müller-Elektronik 2004).

Die Pflanzen in schwach wüchsigen Teilbereichen einesFeldes müssen zum Erzielen der notwendigen Standfes-tigkeit nicht so stark durch Wachstumsregler eingekürztwerden als in stärker wüchsigen Teilflächen. Unter Pra-xisbedingungen liegen Ergebnisse hinsichtlich der Appli-kation von Chlormequat-Wachstumsreglern in Winter-weizen im Offlineverfahren vor, die innerhalb desBMBF-Verbundprojekts preagro erzielt wurden (Ehlert/Dammer 2002). Eine Onlineapplikation mit spät einsetz-baren Wachstumsreglern auf Basis von Trinexapac er-folgte in Winterweizen entsprechend der gebildetenPflanzenmasse mit dem o. g. CROP-Meter (Ehlert et al.2004b). Hier konnte bei einem Versuch eine Einsparungder Wirkstoffmenge von 48 Prozent erreicht werden(nach Ehlert et al. 2004a, S. 51).

Die vorliegenden Untersuchungen für die genannten wei-teren Pflanzenbehandlungsmittel erlauben derzeit somitkeine fundierte Einschätzung des Einsparpotenzials durcheine teilflächenspezifische Applikation.

Automatische Spurführung

Der Nachweis positiver ökonomischer Effekte der auto-matischen Spurführung ist schwer zu führen (Klee/Hofmann 2005, S. 19): Grundsätzlich können Erntever-

14 Die Kosten für die Herbizidbehandlung wurden mit rund 50 Euro/haangenommen, der Verkaufspreis des Weizens mit rd. 12 Euro/dt. DieHerbizidapplikation ist demnach wirtschaftlich, wenn dadurch einMehrertrag von etwa 4,25 dt/ha erzielt werden kann. Dies ist bei rund165 Unkrautpflanzen/m2 der Fall.

15 „Dies ist darin begründet, dass bei geringer werdender Verunkrau-tung die Konkurrenzkraft der Kulturpflanze zunimmt. Darüber hi-naus wird das Unkraut durch die bis zu 50 Prozent reduzierte Herbi-zidmenge jedoch noch ausreichend geschädigt, sodass keineertragswirksame Nachverunkrautung auftritt.“ (Ehlert/Dammer2002, S. 279)


luste verringert werden, wenn die Pflanzenreihen nebender Fahrgasse (z. B. bei der Applikation von Pflanzen-schutzmitteln) aufgrund exakterer Fahrweise nicht mehrüberfahren werden. Zudem können Fehlapplikationenvermieden werden, da der Fahrer die Spritze besser kon-trollieren kann. Der Schlepperhersteller John Deere gehtdavon aus, dass sich durch Anwendung seines satelliten-gestützten automatischen Lenksystems, z. B. beim Kalk-streuen, Überlappungen von etwa 10 Prozent vermeidenließen. Auch bei der Bodenbearbeitung und Ernte könnteder Bearbeitungsaufwand durch Vermeidung von Über-lappungen um rund 10 Prozent reduziert werden (Klee/Hofmann 2005, S. 20). Diese Angaben können durch Da-ten des KTBL (2004) gestützt werden, die in ihren Be-rechnungsgrundlagen von Überlappungen im Bereich von7 Prozent ausgehen. In allen Fällen bedeuten diese Ein-sparungen eine Reduktion an Arbeitszeit, Energiever-brauch und Geräteverschleiß. Diese Einsparpotenzialesind bedeutend und für Landwirte rasch einsichtlich. Inder Landwirtschaft nimmt deshalb die Nachfrage nachsolchen Systemen gegenwärtig rasch zu.

4. Wirtschaftlichkeit auf Betriebsebene

Die Anwendung von PA-Verfahren ist wirtschaftlich,wenn der hierdurch erzielbare ökonomische Nutzen auf-grund von Betriebsmitteleinsparungen oder Mehrerträgendie damit einhergehenden Kosten übersteigt. Im Folgen-den16 wird die Frage der Wirtschaftlichkeit der einzelnenrelevanten PA-Anwendungen auf Betriebsebene behan-delt. Zu diesem Zweck werden auf Grundlage von plau-siblen Annahmen für die betreffenden Maßnahmen Mo-dellrechnungen angestellt, die zeigen sollen, unterwelchen Bedingungen – d. h. vor allem ab welcher Be-triebsgröße – die Wirtschaftlichkeit auf Betriebsebene er-reicht wird. Dabei werden auch Berechnungen unter derAnnahme sinkender Kosten für PA-Techniken – bzw. imFalle der Grunddüngung sinkender Kosten für Kartier-arbeiten – durchgeführt.

In den Kalkulationen sind weder mögliche Synergieef-fekte durch Mehrfachnutzungen bei einer umfassendenAnwendung von PA-Verfahren in einem Betrieb noch po-sitive oder negative Effekte von PA-Anwendungen be-rücksichtigt, die nicht oder nur schwer quantifizierbarsind. Zudem ist die Verallgemeinerung der in den Kapi-teln IV.2 und IV.3 dargestellten Untersuchungsergebnissenicht unproblematisch, zum einen, weil die Anzahl derverfügbaren Arbeiten zwischen den Anwendungsfeldernsehr unterschiedlich ist, zum anderen, da die Kostensowie v. a. mögliche Betriebsmitteleinsparungen undMehrerträge von zahlreichen Faktoren abhängen (u. a.Kulturart, Heterogenität des Standorts, PA-Verfahren,Witterung) und daher einer mitunter signifikanten Varia-bilität unterliegen.

Darüber hinaus ist die Vergleichbarkeit und Interpretationder Daten schwierig, da unterschiedliche Ansätze zur Be-rechnung der Wirtschaftlichkeit (z. B. Abschreibungszeit-räume, Zinssätze) genutzt und verschiedene, teilweise in

den Berechnungen nicht offen gelegte Annahmen (z. B.Berücksichtigung von Kosten der Informationsbeschaf-fung und Weiterbildung) zugrunde liegen (Strecker et al.2004a, S. 15). Darüber hinaus sind die enthaltenen Infor-mationen zu den Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlich-keit – etwa die vorherrschende Bodenheterogenität –i. d. R. nur spärlich. Insbesondere die meist fehlendenAngaben zur Betriebsgröße erschweren die Interpretationder Daten, da es für die Wirtschaftlichkeit aller Verfahrenvon entscheidender Bedeutung ist, auf welche Flächeoder erzeugte Produktmengen die anfallenden Kostenumgelegt werden. Die Untersuchungsergebnisse könnenjedoch zumindest Indizien liefern, welche PA-Verfahrenzu positiven ökonomischen Wirkungen führen könnenund daher besondere Chancen zu einer breiteren Nutzunghaben.


In der Literatur findet sich nur eine geringe Anzahl an Ar-beiten zu den ökonomischen Wirkungen der teilflächen-spezifischen Aussaat. Lambert/Lowenberg-DeBoer(2000), die in ihrer Übersichtsstudie insgesamt 108 Ar-beiten zu den ökonomischen Wirkungen von PA ausge-wertet haben, führen sechs Arbeiten zur differenziertenAussaat auf. Fünf davon berichten von leicht positiven(2 bis 4 Euro/ha), eine von negativen ökonomischen Wir-kungen. Nach Schmerler et al. (2001) lassen sich durchteilflächenspezifische Aussaat bei Winterweizen bzw.Mais Saatguteinsparungen von durchschnittlich 2,50 bis10 Euro/ha erzielen; bei Mais kommen Mehreinnahmendurch die Ertragssteigerung in Höhe von rund 30 Euro/hahinzu. Aufgrund der schwachen Datenbasis sowie dereher geringen ökonomischen Vorteile wird nachfolgendkeine Modellrechnung zur teilflächenspezifischen Aus-saat durchgeführt.

Teilflächenspezifische Grunddüngung mit Phosphatund Kalium

In den vorliegenden Untersuchungen überwiegen Be-richte über die ökonomische Vorteilhaftigkeit der teilflä-chenspezifischen Grunddüngung, allerdings weist einnicht unerheblicher Teil der Arbeiten negative ökonomi-sche Ergebnisse aus. So berichten Lambert/Lowenberg-DeBoer (2000) von fünf Untersuchungen zur differen-zierten Düngung mit Phosphat und Kalium in Mais dreiArbeiten von positiven, zwei hingegen von negativenökonomischen Effekten. In je einer aufgeführten Studiefür Kartoffeln und Weizen wird von positiven Effekten inHöhe von 20 bis 30 Euro/ha berichtet. Auch für dieGrunddüngung mit Phosphat wurden positive ökonomi-sche Wirkungen von 3 bis 6 Euro/ha beobachtet (Ostheim2000). Auf der anderen Seite wurde gezeigt, dass für diePhosphatdüngung – bei gleich bleibenden Applikations-mengen und ohne Ertragseffekte – mit Verlusten durchPA-Verfahren zu rechnen ist (Weisz et al. 2003).

Bei der differenzierten Kalkung auf stark heterogenenund sauren Böden war eine Rentabilität des Verfahrenstrotz Ertragssteigerungen nicht gegeben, da diese insbe-sondere durch die hohen Kosten der Rasterbodenbepro-bungen der Felder überkompensiert wurden; insgesamt

16 Das Kapitel basiert in weiten Teilen auf dem Gutachten von Streckeret al. (2004a).


beliefen sich die Verluste hier auf 13 US-Dollar/ha (ent-spricht zurzeit rund 11 Euro/ha). Bei längeren Betrach-tungszeiträumen könnte die teilflächenspezifische Kal-kung allerdings rentabel werden, da in den Folgejahrenaufgrund des optimierten pH-Wertes des Bodens ohneweitere Beprobungen Mehrerträge möglich sind.Für die Modellrechnung (Strecker et al. 2004a) wird einedifferenzierte Düngung von Winterweizen mit einemPhosphat-Kalium-Dünger auf Grundlage von Applikati-onskarten angenommen. Die Investitionskosten für diePA-Technik belaufen sich auf rund 1 800 Euro. Bei einemAbschreibungszeitraum von fünf Jahren, jährlichen Repa-raturkosten in Höhe von 1 Prozent des Anschaffungsprei-ses sowie einem Zinssatz von 6 Prozent liegen die Kostenfür die PA-Technik bei 442 Euro/Jahr (Tab. 9).Die Kosten für die Bodenbeprobung (15 Euro/ha alle fünfJahre) sowie die Ertragskartierung (10 Euro/ha) werdenmit insgesamt 13 Euro/ha/Jahr angenommen. Insgesamtfallen somit – je nach Betriebsgröße – Kosten von jähr-lich rund 1 100 Euro (50 ha) bis 13 400 Euro (1 000 ha)an. Bedingt durch einerseits diese hohen Kosten und an-dererseits den relativ geringen Preis für Phosphat-

Kalium-Dünger ist die teilflächenspezifische Grunddün-gung auch bei sehr großen Betrieben zurzeit nichtwirtschaftlich. Sollten die Kosten für die Bodenuntersu-chungen künftig erheblich gesenkt werden können – etwadurch praxisreife Verfahren für eine vereinfachte Boden-analyse (Kap. III) – könnte sich die teilflächenspezifischeGrunddüngung als wirtschaftlich erweisen. Die Modell-rechnungen zeigen, dass bei einer Senkung der Kosten fürdie Bodenbeprobung und Ertragskartierung um 30 Pro-zent17 in Betrieben mit mehr als 206 ha mit einemwirtschaftlichen Einsatz des Verfahrens gerechnet werdenkann, vorausgesetzt die Betriebsmitteleinsparungen liegenbei 15 Prozent (Tab. 9). Bei einer weiteren Verringerungder Kartierungskosten um 50 Prozent18 würde – ceterisparibus – die teilflächenspezifische Düngung mit Phos-phat und Kalium bereits ab einer Betriebsgröße von 93 hawirtschaftlich.

17 Die Kosten für die Nährstoff- und Ertragskartierung belaufen sichdann auf 10 Euro/ha.

18 Die Kosten für die Nährstoff- und Ertragskartierung belaufen sichdann auf 8 Euro/ha.

Ta b e l l e 9

Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Düngung mit Phosphat und Kalium in Winterweizen

* Investitionskosten der Technik inklusive Software, ohne Kartierungskosten: rund 1 800 Euro, Abschreibungsdauer: fünf Jahre, Reparaturen:1 Prozent der Investitionen pro Jahr, Zinssatz: 6 Prozent

Quelle: Strecker et al. 2004a

Einsparung an Phosphat-Kalium-Dünger

5 % 10 % 15 %

PA-Technikkosten (Euro/Jahr)* 442 442 442Kosten für Nährstoff-/Ertragskartierung (Euro/Jahr) für50 ha100 ha1.000 ha

6501.300

13.000

6501.300

13.000

6501.300

13.000PA-Gesamtkosten (Euro/Jahr) für50 ha100 ha1.000 ha

1.0921.742

13.442

1.0921.742

13.442

1.0921.742

13.442

Aufwandmenge Dünger (dt/ha)(Referenzmenge: 3,0 dt/ha/Jahr)

2,85 2,70 2,55

Düngerpreis (Euro/dt) 25,0 25,0 25,0Einsparungen (Euro/ha/Jahr) 3,75 7,50 11,25

Einsparungen für50 ha100 ha1.000 ha

188375

3.750

375750

7.500

5631.125

11.250Mindestnutzungsfläche (ha) – – –bei – 30 % Kartierungskosten – – 206

bei – 50 % Kartierungskosten – 443 93



Zu den ökonomischen Wirkungen einer teilflächenspezi-fischen Stickstoffdüngung liegt eine verhältnismäßiggroße Anzahl an Untersuchungen vor. Lambert/Lowen-berg-DeBoer (2000) analysierten 27 Studien. Dabei wie-sen 13 von 18 untersuchten Studien für Mais positiveökonomische Effekte aus, eine Studie berichtete von ne-gativen Effekten, in vier Fällen lagen keine eindeutigenErgebnisse vor. Bei Weizen hingegen wies lediglich einevon fünf Studien auf positive ökonomische Effekte durchteilflächenspezifische Stickstoffdüngung hin, zwei Stu-dien berichteten von negativen Auswirkungen, ebenfallszwei von indifferenten Aussagen. Die größten positivenEffekte konnten bei Zuckerrüben gefunden werden (rund96 Euro/ha), was auf das hohe Niveau der Deckungsbei-träge von Zuckerrüben und die Bedeutung der Stickstoff-düngung für die Qualität der Zuckerrüben zurückzufüh-ren ist.

Schmerler et al. (2001) beziffern den monetären Nutzendurch die Stickstoffdüngereinsparung über alle Versuchebei Winterweizen auf 7,50 Euro/ha bzw. bei Körnermaisauf 5,50 Euro/ha; hinzu kommen Mehreinnahmen durchErtragssteigerungen von rund 20 Euro/ha bei Winterwei-zen sowie 6 Euro/ha bei Mais.

Die Auswertung von sechs Streifenversuchen des For-schungsverbundes Agrarökosysteme München in Schey-ern zeigt, dass die untersuchten teilflächenspezifischenStickstoffdüngestrategien nicht immer einen ökonomi-schen Vorteil erzielten (Strecker et al. 2004a, S. 59 ff.).Im Mittel über alle Versuche liegt der Deckungsbeitragdes Kartenansatzes sogar mit 25 Euro/ha unter dem De-ckungsbeitrag der einheitlich gedüngten Variante. DieAutoren deuten dies als Hinweis darauf, dass mit den zurVerfügung stehenden Methoden der teilflächenspezifi-

schen Düngung die ökonomischen Potenziale nicht sicherausgeschöpft werden können. Zudem stellen sie fest, dassdie Witterungseinflüsse den Erfolg von Düngestrategienwesentlich stärker zu beeinflussen scheinen als die räum-liche Heterogenität.

Im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts preagro wurdenan sechs verschiedenen Standorten durch teilflächenspe-zifische Stickstoffdüngung Änderungen des Deckungs-beitrags von – 105 bis 84 Euro/ha (Mittelwert – 5 Euro/ha) bei Winterweizen festgestellt (Dabbert/Kilian 2002).Die großen Schwankungen in den Ergebnissen zeigen,dass „keine allgemein gültigen Aussagen zur Wirtschaft-lichkeit der teilflächenspezifischen Düngung gemachtwerden können“ (Strecker et al. 2004a, S. 17).

Die nachfolgend dargestellten Modellrechnungen zur teil-flächenspezifischen Stickstoffdüngung (Strecker et al.2004a) gehen davon aus, dass diese mit einem Yara N-Sen-sor® und einem Rauch-Düngerstreuer in Winterweizendurchgeführt wird. Für die PA-Technik werden Anschaf-fungskosten in Höhe von rund 26 000 Euro unterstellt; fürAbschreibung, Reparaturen und Zins werden jährlicheKosten in Höhe von rund 6 400 Euro zugrunde gelegt(Tab. 10).

Bei flächeneinheitlicher Applikation wird mit einer Auf-wandmenge von rund 6,5 dt Kalkammonsalpeter (enthält27 Prozent Stickstoff)/ha/Jahr (entspricht 175 kg N/ha) zueinem Preis von rund 18 Euro/dt Dünger gerechnet. Eszeigt sich, dass bei einer unterstellten Düngereinsparungvon 5 Prozent die teilflächenspezifische Stickstoffdün-gung für Betriebe unter 1 000 ha nicht rentabel ist; beiEinsparungen von 10 Prozent und darüber ist der Einsatzdes Yara N-Sensors® für Betriebe ab rund 550 ha rentabel(Tab. 10). Unterstellt man eine Senkung der Investi-tionskosten um 30 bzw. 50 Prozent, so lohnt sich die teil-

Ta b e l l e 10

Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung in Winterweizen

* Investitionskosten der Technik inklusive Software: rund 26 000 Euro, Abschreibungsdauer: fünf Jahre, Reparaturen: 1 Prozent der Investitionenpro Jahr, Zinssatz: 6 Prozent


Einsparung an Stickstoffdünger

5 % 10 % 15 %

PA-Kosten (Euro/Jahr)* 6.396 6.396 6.396

Aufwandmenge Dünger (dt/ha)(Referenzmenge: 6,5 dt/ha/Jahr)

6,18 5,85 5,53

Düngerpreis (Euro/dt) 18,0 18,0 18,0

Einsparungen (Euro/ha/Jahr) 5,76 11,7 17,5

Mindestnutzungsfläche (ha) 1.093 547 364

bei – 30 % Investitionskosten (ha) 765 383 255



flächenspezifische Stickstoffdüngung bei einer Reduktiondes Düngerverbrauchs von 10 Prozent bereits für Be-triebe ab rund 380 bzw. 270 ha. Da bei den Berechnungenmögliche Ertragssteigerungen nicht berücksichtigt wer-den, ist davon auszugehen, dass die Rentabilität derteilflächenspezifischen Stickstoffdüngung mit dem YaraN-Sensor® im Falle einer Ertragssteigerung bereits fürkleinere Betriebe bzw. geringere Düngereinsparungen ge-geben ist.

Teilflächenspezifischer Pflanzenschutz

Im Bereich des Pflanzenschutzes liegen v. a. für die teil-flächenspezifische Unkrautbekämpfung Wirtschaftlich-keitsberechnungen vor. Nach Lambert/Lowenberg-De-Boer (2000) berichten sechs von sieben untersuchtenStudien von positiven ökonomischen Effekten von teilflä-chenspezifischen Pflanzenschutzmaßnahmen, lediglicheine Studie zeigte negative Effekte.

Für die differenzierte Applikation von Herbiziden wirdangegeben, dass sich Einsparungen – je nach Herbizid-menge und deren Preis – zwischen 20 Euro/ha in Zucker-rüben und 42 Euro/ha in Mais erzielen lassen (Timmer-mann et al. 2003). Allerdings übersteigen nach diesenAngaben die Kosten für die zeitaufwendige manuelle Un-krautbonitur die genannten Einsparungen, so dass dieWirtschaftlichkeit des Verfahrens in diesen Fällen nichtgegeben ist. Nach Lettner et al. (2001, S. 107) ist es„schwer abzuschätzen, ob die zusätzlichen Investitionenund der Wert der zusätzlichen Arbeitsstunden, die eineteilflächenspezifische Unkrautbekämpfung mit Online-verfahren erfordern, durch den Wert der eingespartenHerbizide ausgeglichen werden können.“ Untersuchun-

gen zur Wirtschaftlichkeit von Onlineverfahren liegenbislang nicht vor.

Im Modellbeispiel wird die Wirtschaftlichkeit einer dif-ferenzierten Herbizidapplikation mit dem „Detect-spray®“19 in Winterweizen untersucht. Nimmt man an,dass durch die teilflächenspezifische Unkrautbekämpfungrund 10 Prozent der Herbizidmenge eingespart werdenkönnen, ist die Anschaffung dieser Technik für Betriebeab rund 430 ha interessant (Tab. 11). Geht man davonaus, dass die durch diese PA-Anwendung verursachtenKosten künftig um die Hälfte sinken werden, so ist bei ei-ner Betriebsmitteleinsparung von 10 Prozent bereits fürBetriebe ab 215 ha mit Zuwächsen beim Deckungsbeitragzu rechnen. Für den Fall, dass sich höhere Einsparpoten-ziale (50 Prozent) bei der Herbizidausbringung realisie-ren ließen, wäre das Verfahren bereits für Betriebe ab86 ha wirtschaftlich. Diese im Vergleich zur differenzier-ten Stickstoffdüngung niedrigeren Wirtschaftlichkeits-schwellen lassen sich auf die höheren Einsparpotenzialesowie die hohen Kosten für Pflanzenschutzmittel(20 Euro/l bei einer Aufwandmenge von 4 l/ha/Jahr) zu-rückführen.

Rückgänge beim Anschaffungspreis dieser PA-Technikwürden zu deutlichen Erhöhungen des Deckungsbeitragsführen bzw. ihren Einsatz auch für kleinere Betriebe bzw.Anwendungsflächen wirtschaftlich gestalten. Bei einerVerringerung der Kosten für das Detectspray®-System um30 Prozent wäre sein Einsatz im Fall einer 50 prozentigen

19 Bislang ist dieses Onlineverfahren nur vor dem Auflaufen der Kul-turpflanzen oder in Fahrgassen ohne Kulturpflanzen möglich(Kap. IV.3). Aus Gründen der Vergleichbarkeit mit der Wirtschaft-lichkeit anderer PA-Verfahren wurde jedoch Winterweizen als Kulturgewählt.

Ta b e l l e 11

Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Herbizidapplikation in Winterweizen

* Investitionskosten der Technik: rund 14 000 Euro, Abschreibungsdauer: fünf Jahre, Reparaturen: 1 Prozent der Investitionen pro Jahr, Zinssatz:6 Prozent


Herbizideinsparung

10 % 25 % 50 %


Aufwandmenge Herbizid (l/ha)(Referenzmenge: 4,0 l/ha) 3,60 3,00 2,00

Herbizidpreis (Euro/l) 20,0 20,0 20,0


Mindestnutzungsfläche (ha) 431 172 86




Herbizideinsparung bereits für Betriebe ab 60 ha wirt-schaftlich. Wird von einem nur halb so hohen Einsparpo-tenzial ausgegangen (25 Prozent), dann müsste die Be-triebsfläche für einen wirtschaftlichen Betrieb vonDetectspray® doppelt so groß sein (rd. 120 ha). Bei einerHalbierung der Anschaffungskosten würde – ceteris pari-bus – die Wirtschaftlichkeitsschwelle auf 43 ha (50 Pro-zent Herbizidreduktion) bzw. 86 ha Betriebsfläche(25 Prozent Herbizidreduktion) sinken.

Die modellhafte Berechnung der Wirtschaftlichkeit einerteilflächenspezifischen Applikation von Wachstumsreg-lern mit dem CROP-Meter in Verbindung mit Spritztech-nik der Firma Dammann ist in Tabelle 12 dargestellt. DieWirtschaftlichkeitsschwelle der teilflächenspezifischenWachstumsreglerapplikation liegt bei einer 10 prozenti-gen Einsparung bereits bei einer Betriebsgröße von rund270 ha, bei einer Reduktion der Investitionskosten um30 Prozent bereits bei rund 190 ha.

Insgesamt unterstreichen die Modellrechnungen zur Wirt-schaftlichkeit teilflächenspezifischer Betriebsmittelaus-bringung die Bedeutung der Betriebsgröße für die Wirt-schaftlichkeit der verschiedenen PA-Verfahren. Danebenwird deutlich, dass auch die Kosten für die Anschaffungund Verwendung der PA-Technik sowie die Preise dereingesparten Betriebsmittel eine große Rolle spielen beider Erreichung der Wirtschaftlichkeitsschwelle von PA-

Anwendungen. Wie Tabelle 13 zeigt, ist die Herbizi-dapplikation das zurzeit vergleichsweise wirtschaftlichinteressanteste PA-Ver-fahren. Ein mittleres Einsparpo-tenzial und eine mäßige Verringerung des Preises für diePA-Technik vorausgesetzt, kann diese PA-Technik bereitsin Betrieben ab rund 120 ha wirtschaftlich eingesetzt wer-den. Im Gegensatz dazu ist bei der teilflächenspezifischenGrunddüngung nur im Fall hoher Einsparungen an Be-triebsmitteln und Reduktionen bei den Kosten für die Bo-denanalyse und Ertragskartierung ein wirtschaftlicherEinsatz möglich. Aufgrund der gleichzeitigen Degressionvon Managementkosten bei größeren Bewirtschaftungs-einheiten ist zu folgern, dass eher größere Betriebe dazuneigen werden, managementintensive PA-Techniken ein-zusetzen.

Der Einfluss der Betriebsgröße auf die Wirtschaftlichkeitvon PA-Technologien ergibt sich erstens durch die Ab-schreibungsdauer – je länger diese ist, umso höher ist derZinsanteil an der Annuität (Abschreibung plus Zinsen).Zweitens wird – bedingt durch Skaleneffekte – dieAnnuität bei größeren Betrieben auf eine größere Flächeverteilt, wodurch bei einer zeitabhängigen Abschreibungdie Anschaffungskosten auf mehr Hektar verteilt werdenkönnen (Lettner et al. 2001, S. 124). Im Falle von PA-Techniken wird generell von einer Nutzungsdauer vonfünf Jahren, unabhängig von der Betriebsgröße, ausge-gangen.

Ta b e l l e 12

Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Wachstumsreglerapplikation in Winterweizen

* Investitionskosten der Technik: rund 11 600 Euro, Abschreibungsdauer: fünf Jahre, Reparaturen: 1 Prozent der Investitionen pro Jahr, Zinssatz:6 Prozent.


Wachstumsreglereinsparung

5 % 10 % 15 %


Aufwandmenge (l/ha)(Referenzmenge: 2,0 l/ha)

1,90 1,80 1,70

Preis Wachstumsregler(Euro/l) 52,0 52,0 52,0


Mindestnutzungsfläche (ha) 549 274 183




Ta b e l l e 13

Mindestnutzflächenbedarf zum Wirtschaftlichen Einsatz von PA-Verfahren in Winterweizen

1 Bei der Herbizidapplikation liegen die unterstellten Einsparungen bei 10, 25 und 50 Prozent.2 Bei der Grunddüngung handelt es sich um reduzierte Kosten der Datenerfassung.Quelle: Strecker et al. 2004a

Reduzierung des Betriebsmitteleinsatzes um1

5 % 10 % 15 %

Reduzierung der Investitionskosten2 um

30 % 50 % 30 % 50 % 30 % 50 %

Mindestnutzfläche (ha)

Grunddüngung mit P und K 206 443 93

Stickstoffdüngung 766 547 383 273 255 182

Herbizidapplikation 301 215 121 86 60 43

Wachstumsreglerapplikation 384 274 192 137 128 91

5. Diffusion und Akzeptanz

Eine wesentliche Voraussetzung für die betriebliche Ein-führung von PA ist die Akzeptanz von Seiten der Land-wirte.20 Unabhängig von der Bewirtschaftungsweise sindfür den Einsatz von PA-Verfahren in erster Linie Erwartun-gen hinsichtlich der damit verknüpften betriebswirtschaft-lichen Vorteile ausschlaggebend. Die Wirtschaftlichkeitvon PA-Verfahren hängt wiederum von verschiedenen Ein-flussfaktoren ab, wie Anschaffungspreis, Flächenausstat-tung, Bodenheterogenität, Bewirtschaftungsintensität,Betriebsmittelpreise und Erzeugerpreisniveau. Für einenwirtschaftlichen Einsatz müssen die Investitions- undEinsatzkosten (einschl. Reparatur und Wartung) für PAeinzelbetrieblich durch Einsparungen bei den Betriebs-mitteln oder höhere Erträge abgedeckt bzw. überstiegenwerden. Die Ergebnisse zu den mit teilflächenspezifi-schen Bewirtschaftungsmaßnahmen erzielbaren Betriebs-mitteleinsparungen oder Mehrerträgen sind jedoch nurbei bestimmten PA-Anwendung (insbesondere die Herbi-zidapplikation und Stickstoffdüngung) eindeutig positiv(Kap. IV.3).

Darüber hinaus bestehen Unsicherheiten hinsichtlich derÜbertragbarkeit der in Forschungsprojekten erzielten Er-gebnisse auf andere Kulturarten und auf konkrete Be-triebe bzw. Standorte mit vom Versuchsstandort abwei-chenden Boden- und Witterungsverhältnissen. WeitereGründe für die hinter den Erwartungen zurückbleibendeDiffusion von PA-Verfahren sind Befürchtungen hinsicht-lich der Funktionalität und dem zusätzlichem Arbeitsbe-darf für die Implementierung der Technik, dem Bedarf anAus- und Weiterbildung sowie den Zeitbedarf für Ma-nagementaufgaben.

Nachfolgend werden der Stand der Anwendung von PAim Ausland und in Deutschland dargestellt und die wich-tigsten Hemmnisse für eine breite Diffusion von PA auf-gezeigt.

Diffusion

Die Verbreitung von PA-Anwendungen seit den frühen1990er Jahren erfolgte eher zögerlich und sowohl geogra-fisch als auch zeitlich in sehr unterschiedlichem Maße.Dabei dürfte die Annahmerate für PA nur in bestimmtenRegionen der USA und Kanadas, wo die Betriebe undParzellen vergleichsweise groß sind, die 5-Prozent-Grenze überschritten haben (Swinton/Lowenberg-De-Boer 2001, nach Ehlert et al. 2004a). Die gleichen Auto-ren schätzen die PA-Anwendungsquoten für Australien,Brasilien, Dänemark, Großbritannien und Deutschlandauf 1 bis 5 Prozent der Fläche. Die Nutzung von PA in Ja-pan ist schwierig einzuschätzen; es wird allerdings davonausgegangen, dass trotz Unterstützung durch das Land-wirtschaftsministerium die Annahmerate gering ist, be-dingt durch die ungünstigen natürlichen und strukturellenRahmenbedingungen.

Eine Erhebung aus dem Jahr 1998 ergab, dass von denbefragten rund 8 500 US-Landwirten ca. 4 Prozent eineoder mehrere PA-Techniken anwendeten (Daberkow/McBride 2000, nach Ehlert et al. 2004). Allerdings gibt essignifikante Unterschiede in der Verwendung hinsichtlichBetriebsgröße, Betriebstyp und genutzter PA-Technik.Die Umfragen zeigen weiter, dass – gemessen am Brut-toumsatz – die Betriebsgröße ist mit dem Einsatz von PApositiv korreliert. Landwirtschaftliche Betriebe mit einerJahresbruttoproduktion von über 500 000 US-Dollar ha-ben eine überdurchschnittlich hohe PA-Anwendungsratevon 18 Prozent; bei Farmen unter 100 000 US-Dollar

20 Das Kapitel basiert in weiten Teilen auf den Gutachten von Ehlertet al. (2004) und Werner/Christen (2004).


liegt die Anwendungsrate dagegen im Durchschnitt beinur 2 Prozent.

Dieselbe Untersuchung ergab, dass Marktfruchtbetriebemit überwiegend Getreide- und Ölfruchtanbau mit14 Prozent die höchste Anwendungsrate aufwiesen. Dieshängt insbesondere mit der weit verbreiteten Nutzung vonErtragskartierungssystemen während der Ernte zusam-men. Von den überwiegend getreideproduzierenden Be-trieben in Zentral-Kentucky nutzen im Jahr 2001 rund16 Prozent der Landwirte PA-Anwendungen (Grusy2003). Von diesen PA-Nutzern wiederum wendeten72 Prozent rasterförmige Bodenbeprobungen und 62 Pro-zent teilflächenspezifische Applikationsmaßnahmen (v. a.Stickstoffdüngung) an. Die variable Aussaat wurde von21 Prozent und die Herbizidapplikation von rund 9 Pro-zent der PA-Anwender praktiziert. Des Weiteren benutz-ten 23 Prozent rechnergestützt erstellte Ertrags- und Pro-fitkarten für ihre Managemententscheidungen.

Betrachtet man die Ergebnisse über die Verbreitung derverschiedenen PA-Anwendungen in den USA (Daber-kow/McBride 2000, nach Ehlert et al. 2004), wird deut-lich, dass im Jahr 1998 die rasterförmige Bodenbepro-bung (2 Prozent), die teilflächenspezifische Düngung(2 Prozent) und die Ertragskartierung (1 Prozent) zu denam weitesten verbreiteten PA-Verfahren zählen. Diestandortdifferenzierte Aussaat und der teilflächenspezifi-sche Pflanzenschutz waren dagegen in weniger als1 Prozent der Betriebe im Einsatz. Untersuchungen zurAnnahme von PA in Dänemark und Großbritannien zei-gen, dass auch dort die Ertragskartierung zu den am wei-testen verbreiteten PA-Anwendungen gehört; allerdingswar die Annahmerate für PA zur Ertragskartierung höherals die für rasterförmige Bodenbeprobungen und teilflä-chenspezifische Düngung (Pedersen et al. 2001).

Für Deutschland liegen relativ wenige Untersuchungenvor, die die Anwendung und Diffusion von PA-Verfahrenbeschreiben. Eine repräsentative Befragung von 1 Pro-zent der deutschen Messebesucher (rund 1 700 Land-wirte) auf der Landtechnikausstellung Agritechnica 2001zur zeitlichen und regionalen Diffusion von PA (Gum-pertsberger/Jürgens 2003, nach Ehlert et al. 2004, S. 64)ergab, dass von den Befragten

– 7 Prozent bereits PA-Techniken anwendeten,

– 9 Prozent beabsichtigten, in den nächsten drei Jahreneinzusteigen,

– 35 Prozent Kenntnisse über PA hatten, jedoch nichtbeabsichtigten, in den nächsten drei Jahren einzustei-gen und

– 45 Prozent keine Beziehung zu PA hatten.

Eine erneute Befragung im Jahr 2005 (Jürgens 2006) hatgezeigt, dass der Anteil der „Uninformierten“ auf43,9 Prozent gesunken und die Gruppe der Nutzer ge-wachsen ist, allerdings nur geringfügig.

Die in der Praxis hauptsächlich eingesetzten PA-Verfah-ren sind die Flächenvermessung, die Bodenbeprobungund die Ertragskartierung, alles Verfahren die der Infor-

mationsgewinnung dienen. Im Gegensatz dazu werdenPA-Verfahren, die die gewonnenen Informationen in teil-flächenspezifische Bewirtschaftungsmaßnahmen umset-zen (z. B. die teilflächenspezifische Stickstoffdüngungmit dem Sensoransatz) nur von bis zu 20 Prozent der PA-Nutzer eingesetzt (Jürgens 2006). Diese Diskrepanzkönnte auf Probleme mit der komplexen Dateninterpreta-tion, unzureichende Algorithmen zur Entscheidungsfin-dung oder hohe Kosten zur Erstellung hinreichendgenauer Applikationskarten zurückzuführen sein. Spur-führungssysteme auf der Grundlage satellitengestützerOrtungssysteme werden erst seit relativ kurzer Zeit aufdem Markt angeboten, werden aber bereits von jedemvierten PA-Nutzer (bei den Lohnunternehmern ist esschon jeder zweite Nutzer) genutzt (Jürgens 2006). Diesist darauf zurückzuführen, dass diese leicht handhabbarsind und auch ohne weitere Anwendung von PA einge-setzt werden können.

Untersuchungen zur Charakterisierung von PA-Nutzernergab, dass PA-Techniken insbesondere von jungen, gutausgebildeten, computernutzenden Landwirten mit über-durchschnittlich großer Flächenausstattung sowie in be-triebsübergreifenden Bewirtschaftungsformen (z. B. Ge-rätegemeinschaften, Maschinenringe, Lohnunternehmer)eingesetzt werden (Doluschitz 2003; Griffin 2000, nachZhang et al. 2002). Die durchschnittliche Betriebsgrößevon PA-Nutzern liegt nach Befragungen von Jürgens(2006) zwischen 1 080 ha (2001) und 904 ha (2005). Diesist nicht weiter verwunderlich, da die Investitionen füreine Mindestausstattung an PA-Technik v. a. für größereBetriebe oder auch für Erzeuger-, Maschinengemein-schaften oder Lohnunternehmer lohnend sind (Kap. IV.4).Für Lohnunternehmer stellen PA-Techniken und ihre An-wendungsfelder eine interessante Erweiterung ihrer Ge-schäftsaktivitäten dar. Sie können neben der Maßnahmen-durchführung in Form der Teilflächenbewirtschaftungauch die Datenerfassung, -bearbeitung und -verwaltungsowie die Maßnahmenplanung im Rahmen von PA als zuentgeltende Dienstleistung anbieten.

Akzeptanz

Die Akzeptanzrate ist für die verschiedenen PA-Anwen-dungen unterschiedlich und abhängig von der Betriebs-größe, dem Betriebstyp, den Standortverhältnissen undder Einstellung des Betriebsleiters. Dennoch lassen sichauf der Basis der vorliegenden Untersuchungen auch ei-nige verallgemeinernde Aussagen machen über die Ak-zeptanz von PA-Techniken bzw. die Gründe, die zum jet-zigen Zeitpunkt gegen ihren Einsatz sprechen.

Allgemein sind die Landwirte zunächst an Produktions-verfahren interessiert, die relativ rasch wirtschaftlicherund arbeitssparender sind als deren Vorläufer. Solchetechnischen Entwicklungen sind oft eher mit Vereinfa-chungen der Arbeitsverfahren und von Produktionsabläu-fen verbunden als mit einer verstärkten Verwendung vonInformationstechnologien (Thysen 2000, nach Werner/Christen 2004, S. 131). Die Modellberechnungen zeigen(Kap. IV.4), dass eine wirtschaftliche PA-Nutzung zurzeitnur in bestimmten Anwendungsbereichen und bei Ein-


satzflächen bzw. in Betrieben mit mehreren hundert habewirtschafteter Fläche möglich ist. Ein Vergleich mit derdurchschnittlichen Flächenausstattung je Betrieb inDeutschland (in 2004 bei Haupterwerbsbetrieben rund51 ha landwirtschaftlich genutzte Fläche; Kap. II.1)macht deutlich, dass zurzeit PA nur für überdurchschnitt-lich große Betriebe interessant ist. Diese Betriebe dürftenv. a. in den neuen Ländern liegen, da dort die Durch-schnittsgröße je Betrieb bei 197 ha beträgt. Die ungünsti-gen agrarstrukturellen Produktionsbedingungen in denmeisten alten Bundesländern (kleine Betriebe und kleineFelder) stellen damit ein entscheidendes Hemmnis für ei-nen breiten Einsatz von PA dar.

Mit der so genannten Gewannebewirtschaftung (Auern-hammer et al. 2000) liegt ein Ansatz vor, der allerdingsauch für eine kleinteilige Flächenausstattung einen wirt-schaftlichen Einsatz von PA ermöglichen kann. Dabei le-gen interessierte Landwirte ihre unmittelbar aneinander-grenzenden Flächen zusammen und bewirtschaften siegemeinsam. Die Kosten und Leistungen können anhandder Besitzverhältnisse zu den Flächen exakt abgerechnetwerden. Allerdings ist die Bereitschaft der Landwirte zurGewannebewirtschaftung eher verhalten und die Verstän-digung der beteiligten Landwirte über die anzubauendenKulturarten und die Bewirtschaftungsmaßnahmen gestal-tet sich schwierig.

Neben der gegenwärtig unzureichenden Wirtschaftlich-keit von PA-Anwendungen gibt es weitere Gründe, wa-rum die Diffusion von PA deutlich hinter den Erwartun-gen zurückbleibt. Diese sind u. a. (in Anlehnung anJürgens 2006; Strecker et al. 2004a; Zhang et al. 2002):

– erhebliches Informationsdefizit zu PA und seinenPotenzialen sowie fehlende solide Praxisempfehlun-gen zu PA;

– mangelnde Kompatibilität der Technik, d. h. fehlendetechnische Normen bei Geräteschnittstellen (ange-mahnt wird die Standardisierung des ISOBUS-Sys-tems);

– Bedenken bezüglich der Funktionalität und Zuverläs-sigkeit der Technik (insbesondere der EDV-Ausrüs-tung) und fehlende Bereitschaft und Zeit, sich mitKinderkrankheiten der Technik auseinanderzusetzen;

– unzureichende Unterstützung bei der Implementierungvon PA;

– hoher Zeitbedarf für Einarbeitung, Managementaufga-ben und Weiterbildung;

– Befürchtungen, dass mittels PA erfasste Daten von derRegierung oder Kreditgebern zur Betriebskontrollebenutzt werden könnten.

Die Bereitschaft von Landwirten, PA-Techniken in ihreBewirtschaftungspraxis zu übernehmen, wird auch durchdie persönliche Wahrnehmung und individuelle Abwä-gung und Gewichtung der möglichen Risiken bzw. Ge-winnchancen bei den einzelnen PA-Anwendungen beein-flusst. Dies zeigt sich beispielsweise daran, dass auchneue Techniken und Verfahren, deren wirtschaftliche Vor-

teile in wissenschaftlichen bzw. praxisnahen Untersu-chungen belegt sind, nicht oder nur zögerlich in der Pra-xis angenommen werden, wenn sie zu einem höherenArbeitszeitbedarf und Managementaufwand gegenüberbisher verwendeten oder alternativen Technologien füh-ren (Smith 2002, S. 130, nach Werner/Christen 2004). EinBeispiel hierfür ist die in der Praxis zögerliche Annahmeder durchaus profitablen, aber managementaufwendigenTechniken des integrierten Pflanzenschutzes.

Diejenigen Landwirte, die schon PA einsetzen, warennach einer Umfrage mit ihrer Entscheidung größtenteilszufrieden (Gumpertsberger/Jürgens 2003, nach Ehlertet al. 2004). Für ihre Entscheidung zugunsten von PA ga-ben sie v. a. die üblichen ökonomischen Gründe(Gewinnsteigerung, Kostensenkung, höhere Ernte-erträge, Qualitätssicherung) an. Zudem würden sie in derBeschäftigung mit PA eine deutlich bessere Kenntnisüber ihre Produktionsstandorte erlangen und dadurchsichere Entscheidungen fällen können. Darüber hinausgewinnt auch die vereinfachte Dokumentation der durch-geführten Maßnahmen zunehmend an Bedeutung als Mo-tivation für den Einstieg in PA (Jürgens 2006). Auch dieUmfragen von Pedersen et al. (2001) ergaben, dass diePA-Anwender allgemein zufrieden und optimistischwaren hinsichtlich der mit PA erzielbaren umweltentlas-tenden Effekte und Gewinnsteigerungen durch Betriebs-mitteleinsparungen oder Mehrerträge21; allerdings erwar-teten sie diese erst nach einer Einarbeitungs- undAnwendungsphase von fünf bis zehn Jahren.

6. FazitEine Wirtschaftlichkeit von PA-Anwendungen ist danngegeben, wenn der Mehrerlös aufgrund von Betriebsmit-teleinsparungen und Mehrerträgen die durch Anschaffungund Verwendung der PA-Technik anfallenden Kostenübersteigt. In der Wirtschaftlichkeitsberechnung müssteneigentlich auch kaum bzw. nicht quantifizierbare Auswir-kungen berücksichtigt werden, zu denen sowohl positiveEffekte (z. B. höhere Qualität der Ernteprodukte) als auchnegative Effekte (z. B. erhöhter Managementaufwand)zählen können. Schließlich müssten auch mögliche Sy-nergieeffekte durch integrative PA-Praktiken – d. h. ins-besondere Mehrfachnutzungen von Daten und Geräten –bei der Analyse ökonomischer Auswirkungen von PA indie Berechnungen eingehen. Deshalb sind zurzeit nur ver-einfachte Betrachtungen und Modellrechnungen möglich.

Die ökonomischen Effekte teilflächenspezifischer Be-wirtschaftungsmaßnahmen hängen von den spezifischenProduktionsbedingungen (Standortfaktoren, Kulturart,angewandete PA-Technik usw.) ab und sind nicht ohneWeiteres verallgemeinerbar. Dennoch lassen sich einigegrundsätzliche Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeitvon PA identifizieren. Dabei handelt es sich insbesondereum die Standortheterogenität und die Betriebsgröße.Grundsätzlich gilt: Je größer die Betriebsfläche und je

21 In Großbritannien jedoch wurde das Potenzial von PA zur Ertrags-steigerung eher negativ beurteilt; dies ist angesichts des dortigen ho-hen Ertragsniveaus verständlich.


heterogener die feldinternen Standortbedingungen sind,um so eher erreichen PA-Anwendungen die Wirtschaft-lichkeitsschwelle. Bei überbetrieblicher Organisation desMaschineneinsatzes (z. B. durch Lohnunternehmer) kön-nen PA-Verfahren allerdings auch in Gebieten mit klein-teiliger Flächenausstattung rentabel sein. Auch die Höhedes Betriebsmitteleinsatzes und der Grad der Integrationvon PA-Anwendungen in Betriebs- und Produktionsab-läufe korreliert mit der Wirtschaftlichkeit von PA.Schließlich haben auch die Preise für Datenerfassung,PA-Technik und Betriebsmittel sowie die am Markt er-zielbaren Preise für landwirtschaftliche Produkte einenbedeutenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit von PA-Verfahren.

Die Ausgaben für PA-Anwendungen setzen sich im We-sentlichen zusammen aus Kosten für Datenerfassung,Datenmanagement- und Beratungssysteme sowie für Ap-plikations- und Navigationstechnik. Dabei können einma-lige (z. B. Anschaffungskosten für Bodenkarten) von re-gelmäßig anfallenden Kosten (z. B. Bodenbeprobungen,GPS-Referenzsignale) unterschieden werden. Für die Da-tenerfassung in Offlineverfahren können auf relativ güns-tig verfügbare Bodenkarten, Fernerkundungsdaten u. ä.zu Preisen im Bereich von 3 bis 10 Euro/ha zurückgegrif-fen werden. Die Datenerfassung mittels manueller Un-krautbonituren ist mit 10 bis 50 Euro/ha sehr teuer.

Zur automatischen Datenerfassung können Sensorsys-teme erworben werden, deren Kosten sich im Bereich von5 000 Euro (Korndurchsatzsensoren für die Ertragskartie-rung) bis 9 000 Euro (Sensor zur Messung der Bodenleit-fähigkeit) bewegen. Die Kartierung von Bodenleitfähig-keit, Ertrag und Bodennährstoffen lässt sich auch alsDienstleistung zu Preisen von etwa 6 bis 15 Euro/ha be-ziehen. Für Onlineverfahren werden Sensorsysteme ein-gesetzt, deren Kosten sich von 5 800 Euro für den CROP-Meter (zuzüglich 5 800 Euro für die Spritztechnik) bisrund 26 000 Euro für den Yara N-Sensor® (inklusive Job-rechner und Elektromotor zur Düngersteuerung) bewe-gen.

Im Offlineansatz ist sowohl für die eigene Datenerfas-sung als auch für die spätere Umsetzung des Maschinen-auftrags ein satellitengestütztes PositionierungssystemVoraussetzung. Für entsprechende Empfangsgeräte müs-sen Kosten in Höhe von 1 000 bis 8 000 Euro veran-schlagt werden, wobei Geräte mit höherem Preis i. d. R.eine höhere Ortungsgenauigkeit erreichen. Auch bei denKorrektursignalen gibt es große Unterschiede hinsichtlichder Genauigkeit und der Kosten: Letztere belaufen sichfür den Decoder auf 700 bis 2 500 Euro, zusätzlich fallenregelmäßig Lizenzkosten von bis zu 800 Euro/Jahr an(geostationäre Satelliten). Einige Referenzsignalange-bote sind allerdings kostenlos verfügbar.

Datenmanagement- und Beratungssysteme spielen v. a.im Offlineansatz eine wichtige Rolle, da bei Onlinever-fahren grundsätzlich auf die Verortung und Speicherungvon Daten verzichtet werden kann. Geeignet sind Geoin-formationssysteme, die zu Preisen von 600 bis 2 000 Euroangeboten werden, wobei meist zusätzliche Support-kosten anfallen, die pro Jahr 10 bis 20 Prozent des An-

schaffungspreises betragen können. Die erforderlicheHardware, bestehend aus dem Betriebsrechner, demBordcomputer auf der Maschine sowie Jobrechnern aufden Geräten, ist mittlerweile weit verbreitet bzw. gehörtmeist zur Serienausstattung. Schließlich ist für die Appli-kationstechnik – d. h. PA-taugliche Drillmaschinen, Dün-gerstreuer und Feldspritzen – mit Kosten von meistmehreren tausend Euro zu rechnen. Im Bereich der Navi-gationstechnik fallen relativ hohe Investitionskosten an,für automatische Lenksysteme z. B. von rund 15 000 bis25 000 Euro. Letztere sind keine Voraussetzung für dieTeilflächenbewirtschaftung, können aber bedeutende ar-beitswirtschaftliche und ökonomische Vorteile erbringen.

Der Nutzen von PA-Verfahren in Form von Betriebsmit-teleinsparungen und Mehrerträgen lässt sich auf Grund-lage der vorliegenden Untersuchungen nur grob abschät-zen. Die zu erwartenden Effekte sind dabei je nachBewirtschaftungsschritt unterschiedlich: Bei der Boden-bearbeitung scheinen durch eine teilflächenspezifischeReduktion der Bearbeitungstiefe deutliche Einsparungenbeim Kraftstoffbedarf erreichbar zu sein. Allerdings istdie Datengrundlage hierzu bislang sehr schwach. Auchzur Variation der Saatstärke liegen bislang nur wenigeUntersuchungen vor. Tendenziell lassen sich hier positiveEffekte (gleicher Ertrag bei reduzierter Saatstärke) beiReihenfrüchten bzw. Kulturarten, die sich nicht bestocken(z. B. Mais), beobachten. Im Bereich der Grunddüngungund Kalkung wird nicht mit nennenswerten Ertragseffek-ten gerechnet. Einsparungen beim Düngereinsatz sindmöglich; allerdings zeigen die Untersuchungsergebnissehierzu bislang keine einheitlichen Ergebnisse.

Durch eine teilflächenspezifische Stickstoffdüngung las-sen sich sowohl mit Offline- als auch mit Onlineverfahrentendenziell deutliche Düngereinsparungen bei gleich blei-benden oder höheren Erträgen erreichen. Auch im Pflan-zenschutz wird von positiven Ergebnissen berichtet: Beider Ausbringung von Herbiziden konnten in einer größe-ren Anzahl von Versuchen häufig 50 Prozent (bei einerSpannbreite von 10 bis 90 Prozent) der Aufwandmengeeingespart werden. Auch bei der Fungizidapplikation mitdem CROP-Meter scheinen Einsparungen in der Größen-ordnung von 10 bis 20 Prozent realisierbar, ähnlichesdürfte für die Ausbringung von Wachstumsreglern gelten.Bei der automatischen Spurführung kann davon ausge-gangen werden, dass durch Reduktion von Überlappun-gen bei der Dünger- und Wirkstoffapplikation deutlicheEinsparungen von Betriebsmitteln möglich sind.

Modellrechnungen zum Einsatz teilflächenspezifischerVerfahren bei der Grunddüngung mit Phosphat und Ka-lium, der Stickstoffdüngung, der Herbizidapplikation undder Ausbringung von Wachstumsreglern in Winterweizenhaben gezeigt, dass in den meisten Fällen eine Wirtschaft-lichkeit des Verfahrens erst bei nennenswerten Betriebs-mitteleinsparungen oder stark reduzierten Preisen für diePA-Technik (oder die Datenerfassung) und auch dann nurbei großen Betrieben mit mehreren Hundert Hektar Be-triebsfläche möglich ist.

Die Akzeptanz ist für die verschiedenen PA-Anwendun-gen unterschiedlich und abhängig von der Betriebsgröße,


dem Betriebstyp und den Standortverhältnissen. Darüberhinaus wird sie immer auch durch die Einstellung des Be-triebsleiters, d. h. seine persönliche Wahrnehmung undindividuelle Abwägung und Gewichtung möglicher Risi-ken bzw. Gewinnchancen bei den einzelnen PA-Anwen-dungen beeinflusst. Die in der Praxis hauptsächlich ein-gesetzten PA-Verfahren sind die Flächenvermessung, dieBodenbeprobung und die Ertragskartierung. Im Gegen-satz dazu werden PA-Verfahren, die die gewonnenen In-formationen in teilflächenspezifische Bewirtschaftungs-maßnahmen umsetzen (z. B. die teilflächenspezifischeStickstoffdüngung), von deutlich weniger PA-Nutzerneingesetzt. Spurführungssysteme auf der Grundlage satel-litengestützer Ortungssysteme, die es erst seit relativ kur-zer Zeit auf dem Markt gibt, werden aber bereits von je-dem vierten PA-Nutzer (bei den Lohnunternehmern ist esjeder zweite PA-Anwender) genutzt. Dies ist darauf zu-rückzuführen, dass diese leicht handhabbar sind und auchohne weitere Anwendung von PA eingesetzt werden kön-nen.

PA wird insbesondere von jungen, gut ausgebildetenLandwirten mit überdurchschnittlich großer Flächenaus-stattung sowie in betriebsübergreifenden Bewirtschaf-tungsformen (z. B. Lohnunternehmer) eingesetzt. Diedurchschnittliche Betriebsgröße von PA-Nutzern liegtzwischen 1 080 ha (2001) und 904 ha (2005). DiejenigenLandwirte, die PA einsetzen, geben v. a. deutlich bessereKenntnisse über ihre Produktionsstandorte und dadurcherlangte größere Entscheidungssicherheit sowie ökono-mische Motive als Einstiegsgründe an; allerdings erwar-ten die meisten Gewinnsteigerungen erst nach einer Ein-arbeitungs- und Anwendungsphase von fünf bis zehnJahren. Die Möglichkeit der umfassenden Dokumentationder durchgeführten Maßnahmen wird zunehmend alsGrund für einen Einstieg in PA genannt.

Die Betriebsgröße ist nicht nur ein wichtiger Faktor, derdie Wirtschaftlichkeit bestimmt, sondern auch einwesentlicher Grund dafür, dass die Diffusion von PA imAllgemeinen und insbesondere in Regionen mit klein par-zellierten Agrarstrukturen bislang deutlich hinter denErwartungen zurückbleibt. Neben allgemeinen Wissens-defiziten und Vorbehalten, fehlenden soliden und unab-hängigen Praxisempfehlungen und der vergleichsweisehohen Unsicherheit bei der Übertragung von in Exaktver-suchen erzielten Effekte von PA auf die betriebliche Pra-xis führen gerade auch die unzureichende praxisrelevanteKenntnis über Kosten und Nutzen von PA-Technikendazu, dass von einem Einsatz grundsätzlich abgesehenwird. Weitere Akzeptanzhemmnisse sind fehlende techni-sche Normen bei Geräteschnittstellen, Bedenken bezüg-lich der Funktionalität und Zuverlässigkeit der Technik(Stichwort: Kinderkrankheiten) und Befürchtungen hin-sichtlich der ausreichenden Unterstützung bei der Imple-mentierung von PA und des Zeitbedarfs für die Einarbei-tung, Managementaufgaben und Weiterbildung.

Ein zusätzliches Hindernis bei der Diffusion von PA sinddie schwierigen ökonomischen Rahmenbedingungen, dieerstens kein günstiges Klima für Neuinvestitionen schaf-fen und zweitens dazu führen, dass bei Neuanschaffungen

die Wahl zuerst auf solche Verfahren und Techniken fällt,mit denen eine wirtschaftlichere (d. h. rasch kostensen-kende) Produktion bei möglichst geringem Arbeitsauf-wand möglich ist. PA ist dagegen eher eine Technik mit ei-nem einerseits zusätzlichen Kapitalbedarf und andererseitsschwer abschätzbaren Einsparungen oder Mehrerträgen.Sie erfordert zudem ein gutes informationstechnisches Ver-ständnis sowie einen höheren Managementaufwand in derEinarbeitungsphase (v. a. bei Datenverarbeitung und Ge-rätesteuerung).

V. Ökologische Aspekte von Precision Agriculture

Auf einem beträchtlichen Teil der Landesfläche erfolgendurch landwirtschaftliches Handeln Eingriffe in denNaturhaushalt, deren Effekte zum Teil erwünscht sind(etwa das Schaffen einer offenen, strukturreichen Land-schaft), zum Teil jedoch zu beträchtlichen negativenAuswirkungen auf Umwelt und Natur führen.22 Schonseit Beginn der Entwicklung von PA Anfang der 1990erJahre versprechen sich verschiedene Akteure günstigeUmwelteffekte von einer teilflächenspezifischen Bewirt-schaftung im Vergleich zu flächeneinheitlichen Produk-tionsverfahren. Umfangreiche Studien zu den Umwelt-wirkungen eines PA-Einsatzes werden allerdings erst seitEnde der 1990er Jahre durchgeführt (Strecker et al.2004b, S. 31). Die positiven Erwartungen basieren in ers-ter Linie darauf, dass durch PA-Technologien erstmalseine Ausbringung von Dünger oder Pflanzenschutzmit-teln möglich wird, die kleinräumig – d. h. für Teilflächeneines Feldes – optimal an die Standortverhältnisse undden Pflanzenbestand angepasst ist. Neben der Einsparungvon Betriebsmitteln werden mittlerweile auch Einsatz-möglichkeiten von PA beim Resistenzmanagement undbei der Berücksichtigung von Arten- und Biotopschutz-zielen diskutiert. Im Folgenden werden zunächst die Um-weltentlastungspotenziale abgeschätzt, die als Folge derNutzung von PA-Technologien bei verschiedenen Bewirt-schaftungsmaßnahmen auftreten können. Anschließendwird die Eignung von PA zum Resistenzmanagement undzur Integration von Arten- und Biotopschutzzielen disku-tiert.

1. Umweltentlastungspotenziale

Vom landwirtschaftlichen Betriebsmitteleinsatz könnenverschiedene unerwünschte Umwelteffekte ausgehen:Dazu zählen beispielsweise die Verunreinigung vonGrundwasser mit Nitrat und Rückständen von Pflanzen-schutzmitteln, die Eutrophierung von Oberflächengewäs-sern und der Rückgang der Vielfalt wildlebender Tier-und Pflanzenarten. Darüber hinaus sind noch Nebenef-fekte im Zusammenhang mit der Bereitstellung und Nut-zung der Betriebsmittel zu verzeichnen (z. B. der Ener-giebedarf zu Herstellung von Stickstoffdünger sowieKlimagasemissionen bei der Düngerausbringung), die imFolgenden jedoch nicht berücksichtigt werden.

22 Dieses Kapitel basiert zum Teil auf den Gutachten von Strecker et al.(2004b) und Werner/Christen (2004).


Die Abschätzung der ökologischen Wirkungen von PA istmit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden. Hierzugehören die Komplexität der Beziehungen zwischen land-wirtschaftlichen Maßnahmen und den Wirkungen aufNatur und Umwelt (Komplexitätsproblem), die Verallge-meinerung der Ergebnisse und Aussagen zu den Umwelt-effekten von PA (Verallgemeinerungsproblem), die hinterden Erwartungen zurückbleibende Diffusion von PA (Dif-fusionsproblem) und die Bewertung der mit PA erzieltenUmweltvorteile im Vergleich zu alternativen Verfahrenund Techniken der Landbewirtschaftung (Bewertungs-problem).

– Nur in Ausnahmefällen kann unmittelbar vom Be-triebsmitteleinsatz bzw. seiner Reduktion auf die öko-logischen Wirkungen geschlossen werden. Dies giltbeispielsweise für den reduzierten Treibstoffbedarfdes Schleppers bei einer durch PA differenzierten Bo-denbearbeitung. In der Regel sind die Umweltwirkun-gen neben der Aufwandmenge von zahlreichen weite-ren Faktoren abhängig. Beispielsweise wird derdüngungsbedingt mögliche Nitrateintrag in tiefere Bo-denschichten und ins Grundwasser u. a. davon beein-flusst, wie die Stickstoffdynamik im Boden abläuft,welche Bindungsfähigkeit für Stickstoff der Bodenaufweist und welche Auswaschungsgefährdung in-folge von Niederschlägen besteht. Die Umweltwir-kungen sind somit i. d. R. in hohem Maße standort-und witterungsabhängig.

– Auch wenn aussagekräftige Versuchsergebnisse überUmweltwirkungen von PA-Verfahren vorliegen, bleibtdie Frage, ob die differenzierten, kultur- und stand-ortspezifischen Ergebnisse repräsentativ sind. Esbesteht also eine Ungewissheit darüber, ob von in ein-zelnen Versuchen mit bestimmten Kulturen und anspeziellen Standorten festgestellten Wirkungen auf dieEffekte bei einem großflächigen Einsatz von PA anverschiedenen Standorten geschlossen werden kann.

– Umweltentlastungspotenziale von PA werden sich nurinsoweit realisieren lassen, wie PA auch in der Land-wirtschaft angewendet wird. Umfang und Geschwin-digkeit der PA-Diffusion in die landwirtschaftlichePraxis können derzeit aber nur schwer abgeschätztwerden. Bislang bleibt der Anwendungsgrad hinterden Erwartungen zurück. Die Umweltwirkungen derLandbewirtschaftung hängen außerdem bekannterma-ßen nicht nur von der Intensität der Produktions-verfahren und den Standortbedingungen ab, sondernwerden auch wesentlich von der Qualität des Betriebs-managements beeinflusst. Deshalb ist zu fragen, obdurch PA nur diejenigen Landwirte, die bereits nachden Regeln der guten fachlichen Praxis wirtschaften,lediglich noch etwas umweltfreundlicher produzieren,oder ob PA von allen Landwirten (z. B. auch von Ne-benerwerbslandwirten) genutzt wird und es so zu einerdeutlichen allgemeinen Verbesserung der Umweltbi-lanz kommt.

– Die Beurteilung von Umwelteffekten wird entschei-dend dadurch geprägt, mit welchem Produktions-

verfahren PA verglichen wird. In den vorliegendenUntersuchungen werden PA-Verfahren durchweg mitflächeneinheitlichen Varianten der gleichen Bewirt-schaftungsintensität verglichen. Eine andere Be-wertung würde sich ergeben, wenn extensivere Nut-zungssysteme oder der ökologische Landbau alsVergleichsmaßstab herangezogen werden. Allerdingsmuss dabei berücksichtigt werden, dass bestimmtePA-Techniken auch im Ökolandbau eingesetzt werdenkönnten.

Teilflächenspezifische Bodenbearbeitung

Das Umweltentlastungspotenzial einer differenziertenBodenbearbeitung liegt in erster Linie in der Einsparungvon Kraftstoff. Bei Versuchen im Rahmen des BMBF-Ver-bundprojekts preagro konnte durch eine teilflächen-spezifische Anpassung der Bearbeitungstiefe von tief aufflach der Dieselverbrauch in zwei Messfahrten von24,0 bzw. 25,1 l/ha auf 10,6 bzw. 12 l/ha mehr als halbiertwerden (Sommer/Voßhenrich 2002, S. 237). Neben einerdeutlichen Reduktion des Verbrauchs der nicht erneuerba-ren Ressource Erdöl können damit auch CO2-Emissionenvermieden werden.

Das Ausmaß der Kraftstoffeinsparungen durch Anpas-sung der Bearbeitungstiefe hängt im Wesentlichen vomAnteil der Bereiche an der Gesamtfläche ab, die lediglicheiner flachen Bearbeitung bedürfen. Dabei handelt es sichbei dem im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts preagroverwendeten Algorithmus um Standorte, die weder Ver-nässungserscheinungen noch hohe Sandanteile aufweisenund die sich nicht an stark ausgeprägten Senken oderKuppen befinden. Die derzeitige Datenlage erlaubt esnicht, eine quantitative Einschätzung des Einsparpoten-zials an Kraftstoff auf Betriebsebene zu geben. Es istjedoch anzunehmen, dass dieses bedeutsam ist. Auch in-direkt könnten von einer kleinräumig angepassten Boden-bearbeitung positive Umwelteffekte ausgehen: Es werdenVorteile im Hinblick auf die Aggregatstabilität des Ober-bodens, die biologische Aktivität sowie die Humus- undNährstoffanreicherung diskutiert (Epperlein/Metz 2003,nach Strecker et al. 2004b, S. 40); diese sind jedoch alseher gering einzuschätzen.


Die vorliegenden Untersuchungen auf dem Gebiet derdifferenzierten Aussaat befassen sich nur am Rande mitökologischen Effekten. Sie deuten darauf hin, dass durcheine teilflächenspezifische Aussaat eine Reduktion derSaatgutmenge bei gleichen Erträgen (Schmerler et al.2001) bzw. Ertragssteigerungen bei angepasster Saat-stärke (Maidl et al. 2000) zu erreichen sind. Einsparungenbei der ausgebrachten Saatgutmenge können zu verrin-gerten Umweltbelastungen bei der Saatgutproduktion in-folge eines reduzierten Bedarfs an chemischen Beizmit-teln sowie an Fläche, Dünge- und Pflanzenschutzmittelnführen. Die zu erwartenden positiven Umweltwirkungensind jedoch als eher gering einzuschätzen.


Teilflächenspezifische Grunddüngung

Es wird davon ausgegangen, dass eine differenzierteGrunddüngung nicht zu nennenswerten Ertragsverände-rungen führen wird. Allerdings könnte eine Reduktionder für einen definierten Ertrag ausgebrachten Dünger-menge dazu führen, dass Umweltbelastungen durch dieDüngerherstellung und die Anwendung (z. B. Eutrophie-rung von Oberflächengewässern bei Erosion von Bodenmit hohen Phosphatgehalten) reduziert werden. Zudemhandelt es sich bei den Rohstoffen der Phosphatdünger-herstellung um nicht erneuerbare Ressourcen, deren Er-schöpfung bei Fortschreibung des gegenwärtigen Ver-brauchs (und bei einem Anstieg des Phosphatverbrauchsder Entwicklungsländer) bereits in rund 100 Jahren zu be-fürchten ist (Kap. VI.3). Die Datenlage zu Umwelteffek-ten einer teilflächenspezifischen Grunddüngung ist insge-samt jedoch sehr spärlich. Die Untersuchungsergebnissezeigen, dass die kleinräumige Anpassung an die Standort-verhältnisse und die Bedürfnisse der Pflanzen insgesamtauch eine Steigerung der Düngermenge bedeuten kann,d. h. dass mit positiven Umwelteffekten aus reduziertenAufwandmengen nicht in jedem Fall gerechnet werdenkann.


Die Erwartung an eine differenzierte mineralische Stick-stoffdüngung, mit reduzierten Düngermengen gleiche Er-träge bzw. bei im Mittel annähernd gleicher Düngermengehöhere Erträge zu erzielen, hat sich im größeren Teil dervorliegenden Untersuchungen bestätigt (Kap. IV.3). DieEinsparungen bewegen sich dabei in der Größenordnungvon 14 kg N/ha bzw. 7 Prozent der N-Düngung bei einemum bis zu 6 Prozent höheren Ertrag. Einige Versuchezeigten jedoch höhere Düngermengen bei teilflächenspe-zifischer Ausbringung, z. T. verbunden mit höheren Er-trägen, oder aber keinen positiven Effekt auf die Relationzwischen Düngermenge und Ertrag. Grundsätzlich hängtdas Einsparpotenzial davon ab, welcher Anteil der Acker-fläche bei einheitlicher Düngung eine Über- bzw. Unter-versorgung mit Stickstoff erfahren würde. Überwiegt dieSumme der unterversorgten Teilflächen die Summe derBereiche mit Überversorgung, so ist mit einer Zunahmeder ausgebrachten Menge durch differenzierte Düngungzu rechnen, allerdings in der Erwartung entsprechend hö-herer Erträge und Stickstoffentzüge.

Wesentlichen Einfluss auf das Einsparpotenzial besitztauch der verwendete Düngealgorithmus. Dabei wird ver-sucht, mit Hilfe einer Produktionsfunktionsanalyse unterVerwendung zusätzlicher ortsspezifischer Daten ex anteein teilflächenspezifisches Optimum für die Stickstoff-düngung zu berechnen. Da dem Landwirt zum Zeitpunktder Entscheidungsfindung der Verlauf der Produktions-funktion nicht bekannt ist, trifft er die Entscheidung überdie Bemessung der Düngermenge unter Unsicherheit. DieDüngermenge liegt bei risikoaversen, aber auch bei risi-koneutralen Landwirten oftmals über dem ökonomischenOptimum, was u. a. auf das Faktor-Produktpreis-Verhält-nis zurückgeführt wird (Babcock 1992, nach Strecker

et al. 2004b, S. 34). Die bessere Datenlage bei Verwen-dung von PA könnte dazu führen, dass z. B. bei der Be-messung von Stickstoffdüngermengen auf Risikozu-schläge verzichtet wird bzw. diese geringer ausfallen(Strecker et al. 2004b, S. 63).

Die Reduzierung der ausgebrachten Düngermenge – ab-solut oder in Relation zum Ertrag – ist im Hinblick aufUmweltschutzziele an sich wünschenswert, insbesondereaufgrund des relativ hohen Energiebedarfs bei der Her-stellung von Stickstoffdüngemitteln sowie auch wegender sonstigen mit der Herstellung und Ausbringung ver-bundenen negativen Umweltwirkungen, etwa Emissionendes Treibhausgases N2O aus dem ausgebrachten Mineral-dünger. Allerdings gehen von Stickstoffdüngemittelnnoch weitere negative Umweltwirkungen aus, die nichtmit Mengenangaben allein beurteilt werden können.Dazu zählt insbesondere der Austrag von Nitrat in tiefereBodenschichten bzw. sein Eintrag ins Grundwasser, derwesentlich von – kleinräumig variablen – Bodenparame-tern und dem Niederschlag abhängt. Aus diesem Grundist die Angabe eines Stickstoffbilanzsaldos für das ge-samte Feld – häufig als Maß für die Umweltbelastungdurch Stickstoffdünger verwendet – als Indikator für dieGrundwassergefährdung nur bedingt geeignet. Besser ge-eignet sind Daten zur Stickstoffeffizienz für Teilflächen,da hierbei zumindest der Stickstoffentzug durch die Kul-turpflanzen dem pflanzenverfügbaren Stickstoff im Bo-den gegenübergestellt werden kann, wenngleich auch hierweder die Rückhaltefähigkeit des Bodens für Stickstoffnoch die Sickerwassermenge berücksichtigt werden.

Auf dem Versuchsgut Scheyern konnte durch PA eine Er-höhung der Stickstoffeffizienz bei Winterweizen um3 bzw. 4 Prozent erreicht werden. Schmerler et al. (2001)berichten sogar von einer Verbesserung der Stickstoffeffi-zienzen um 10 bis 15 Prozent. Auch Wenkel et al. (2002)konnten in ihren Versuchen eine Erhöhung der N-Effi-zienz nachweisen. Die direkte und flächenhafte Messungvon Nitrateintrag in das Grundwasser ist aus praktischenGründen nicht durchführbar (Strecker et al. 2004b, S. 47).Reiche et al. (2002) ermittelten in einer Szenariorechnungmit einem validierten N-Austragsmodell für unterschied-liche Anbauregionen eine Reduzierung der Stickstoffver-luste durch Sickerwasseraustrag um ca. 5 Prozent bzw.rund 10 kg (Spanne: 8 bis 12 kg) Nitratstickstoff/ha/Jahr(Weizen) bei gleicher Gesamtdüngermenge jeweils für30-jährige Simulationszeiträume. Kersebaum/Lorenz (2002)hingegen konnten bei messenden Untersuchungen in Ein-zeljahren keine Reduktion der Nitratauswaschung ermit-teln. Eine mögliche Erklärung besteht ihrer Ansicht nachdarin, dass die Felder überoptimal mit Stickstoff versorgtwaren.

Ein möglicher Vorteil von PA-gestützter Düngemittelaus-bringung ist die gezielte Berücksichtigung von Umwelt-schutzvorgaben: So könnten beispielsweise Teilbereichevon Äckern von einer (intensiven) Stickstoffdüngungausgeschlossen werden, wenn die Gefahr der Nitrataus-waschung auf Grund der lokalen Standortparameter einentolerablen Wert zu überschreiten droht.


Teilflächenspezifischer Pflanzenschutz

Die vorliegenden Untersuchungen zeigen, dass durcheine differenzierte Applikation von Pflanzenschutzmit-teln die ausgebrachte Menge – insbesondere bei Herbizi-den – z. T. erheblich reduziert werden kann. Die darausresultierenden positiven Umwelteffekte beziehen sichweniger auf verringerte Umweltbelastungen bei der Her-stellung der Präparate als vielmehr auf eine Verminde-rung der unerwünschten Wirkungen von Pflanzenschutz-mitteln in der Umwelt. So kann davon ausgegangenwerden, dass die Belastung des Bodens mit Wirkstoffenund deren Abbauprodukten verringert werden kann. Glei-ches gilt für das Grundwasser und Oberflächengewässer,die durch Einträge von Sickerwasser sowie von erodier-tem Boden mit Pflanzenschutzmittelrückständen belastetwerden können. Schließlich ist auch mit einer verringer-ten Belastung der Kulturpflanzen selbst sowie der aus ih-nen hergestellten Lebensmittel zu rechnen.

Eine Reduzierung der Applikationsmengen von Pflanzen-schutzmitteln durch PA könnte zudem positive Natur-schutzeffekte zur Folge haben. So wird angenommen, dassauf nicht behandelten Teilflächen seltene Ackerwildkräutergefördert und infolgedessen die Lebensbedingungen derFauna verbessert werden können. Eine Untersuchung derökologischen Effekte einer teilflächenspezifischen Herbi-zidapplikation konnte allerdings bei einer insgesamt er-heblich reduzierten Herbizidaufwandmenge keine signifi-kanten Veränderungen bei Organismen der Bodenfaunafeststellen (Zuk et al. 2003). Nach Reiche et al. (2002,S. 266) ist davon auszugehen, dass „signifikante Auswir-kungen, d. h. ein Erreichen des Naturschutzziels, mithoher Wahrscheinlichkeit eine ganz erhebliche Modifi-zierung – im Fall der Herbizidausbringungen die Nullva-riante – der landwirtschaftlichen Maßnahmen erfordern“.Grundsätzlich ist der Nachweis von Naturschutzeffektenals Folge einer teilflächenspezifischen Bewirtschaftungschwierig, da biotische Systeme relativ lange Reaktions-zeiten aufweisen und erst bei wiederholtem Einsatz derbetreffenden Verfahren mit Veränderungen zu rechnen ist.

Der Einsatz von PA im Pflanzenschutz eröffnet damitneue Perspektiven einer kontrollierten und dokumentier-baren Anwendung von Pflanzenschutzmitteln; die Risi-ken von Pflanzenschutzmaßnahmen für Umwelt und Na-tur können hierdurch besser eingeschätzt und vermindertwerden (BBA 2005a). PA erweitert so das Spektrum derMöglichkeiten von Umwelt- und Naturschutzmaßnahmenum ein viel versprechendes Instrument. Allerdings bedarfes entsprechender Anreize, damit die Potenziale von PAzur Verminderung von Umweltbelastungen durch Pflan-zenschutzmittel in der Praxis auch ausgeschöpft werden.

2. ResistenzmanagementEin noch nicht breiter diskutiertes Anwendungsgebietvon PA könnte in einem besseren Resistenzmanagementim Pflanzenschutz liegen (Werner/Christen 2004, S. 149).Sowohl Unkräuter als auch Schädlinge (z. B. Schadinsek-ten) können bei wiederholter Anwendung der gleichenBekämpfungsmaßnahme in relativ kurzer Zeit Resisten-zen gegen die Maßnahme ausbilden. Dies führt dazu, dass

zur Gewährleistung des Bekämpfungserfolgs die Dosiserhöht oder auf andere Wirkstoffe zurückgegriffen wer-den muss. Die Ausbildung von Resistenzen wird durchmehrere Faktoren begünstigt: die große räumliche Ver-breitung des Anbaus einiger weniger Kulturpflanzen, diehohe Populationsdichte der Schadorganismen, ihre engeGenerationsfolge sowie eine nur begrenzte Anzahl vonAngriffspunkten für die Bekämpfungstechniken in derPhysiologie der Organismen. Es ist daher erforderlich, beiallen entsprechenden Regulierungsmaßnahmen geeig-nete Vorkehrungen zu treffen, die das Risiko der Resis-tenzausbildung verringern. Dazu gehören ein regelmäßi-ger Wechsel der auf einem Feld ausgebrachten Wirkstoffesowie die Beschränkung des Mitteleinsatzes auf Fälleakuten Befalls. Darüber hinaus ist es hilfreich, Teilberei-che der Fläche unbehandelt zu lassen, da sich dort solcheOrganismen halten können, die empfindlich auf die Be-handlungsmaßnahmen reagieren; diese erhalten im Zugeder Reproduktion sozusagen die Angreifbarkeit der ge-samten Population. Die genannten Maßnahmen sind be-reits Teil der guten fachlichen Praxis zum Pflanzenschutz.Nach Werner/Christen (2004, S. 150) könnte die Wirk-samkeit einiger dieser Strategien zum Resistenzmanage-ment dadurch verbessert werden, dass sie innerhalb derFelder nach epidemiologischen Kriterien räumlich diffe-renziert angewandt werden; zudem könnte hierdurch dieeinfache Dokumentation der durchgeführten Maßnahmengewährleistet werden.

3. Integration von Arten- und Biotopschutzzielen

Zum Arten- und Biotopschutz werden teilweise landwirt-schaftliche Nutzungsrechte eingeschränkt, Schutzgebieteausgewiesen oder Biotope gezielt gepflegt und entwi-ckelt. Die Konzentration auf Schutzgebiete wird jedochvielfach als unzureichend kritisiert (SRU 2000). In denletzten zehn Jahren wurden vermehrt Forschungsanstren-gungen unternommen, um eine generelle Integration vonNaturschutzzielen in die Landbewirtschaftung sicherzu-stellen. Das Potenzial von PA-Verfahren zur Erreichungbzw. Sicherstellung von Zielen des Arten- und Biotop-schutzes ist bisher kaum untersucht worden. Potenziellkönnte PA in drei Einsatzgebieten genutzt werden (Stre-cker et al. 2004b, S. 68): Die Sicherstellung des Schutzeskleinräumiger Biotope in der Agrarlandschaft durch teil-flächenspezifische Nutzungsauflagen, die Berücksichti-gung spezieller Habitatansprüche sowie die Sicherstel-lung der Einhaltung von Auflagen bzw. der Erbringungvon Leistungen für den Arten- und Biotopschutz.

Mit PA-Verfahren können sensible Bereiche bei der Aus-bringung von Betriebsmitteln – etwa durch Sicherstellungvon Abstandsauflagen (UBA 2003a) – geschützt werden.So kann die PA-gesteuerte Ausbringung von Pflanzen-schutzmitteln den Landwirt bei der Beachtung der unter-schiedlichen Abstandsregelungen – die Mindestabständezu angrenzenden Biotopen sind mittelspezifisch undvariieren in einem Bereich von 10 bis über 100 m – unter-stützen und ihm helfen, seine gesetzlich vorgeschrie-benen Dokumentationspflicht zu erfüllen und bei


Kontrollen nachzuweisen, dass er die Abstandsauflageneingehalten hat.

Schutz kleinräumiger Biotope

In der Agrarlandschaft sind vielfach kleinräumige Bio-tope zu finden, die als erhaltens- bzw. schützenswert ein-gestuft werden. Dazu zählen beispielsweise ausgehagerteKuppen und feuchte Senken. Zu ihrem Schutz muss u. a.gewährleistet werden, dass bestimmte Stoffeinträge (ins-besondere von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln) mini-miert bzw. verhindert werden. Es könnten die entspre-chenden Flächen mit Hilfe von GIS modelliert und somitim Hinblick auf den Biotopschutz sensible Bereiche iden-tifiziert werden. In den meisten Bundesländern liegen zu-dem digitale Kartenwerke vor, in denen schutzwürdigeBiotope verzeichnet sind. Durch den Einsatz von PAkönnten somit z. B. Abstandsauflagen oder sonstige Rest-riktionen für bestimmte Bewirtschaftungsmaßnahmenumgesetzt und dokumentiert werden. Untersuchungen derBiologischen Bundesanstalt zeigen, dass dies technischmöglich ist (Gutsche et al. 2004, nach Strecker et al.2004b, S. 68 f.).

Berücksichtigung spezieller Habitatansprüche

Die Agrarlandschaft ist Lebensraum zahlreicher wildle-bender Tier- und Pflanzenarten, darunter auch vieler ge-fährdeter Arten. Sie sind an die Besonderheiten der Kul-turlandschaften angepasst und auf ihre Charakteristika– das Offenhalten der Flächen sowie den Wechsel der Bo-denbedeckung durch landwirtschaftliche Aktivitäten –angewiesen. Der Einsatz von Dünge- und Pflanzen-schutzmitteln sowie von agrartechnischen Maschinen undGeräten kann jedoch eine erhebliche Gefahr für solcheArten darstellen. So ist von Amphibien bekannt, dass siezu bestimmten Zeiten für ihre Wanderungen von Teilha-bitat zu Teilhabitat landwirtschaftliche Flächen auf relativstabilen Korridoren überqueren. Während dieser verhält-nismäßig kurzen Zeitspanne sind die Tiere den durchge-führten landwirtschaftlichen Maßnahmen ausgesetzt,durch die sie – insbesondere im Falle des Pflügens oderder Stickstoffdüngung mit Kalkammonsalpeter – starkbeeinträchtigt werden können. Mit Hilfe von PA-Techno-logien könnten solche Wanderkorridore nach ihrer Kartie-rung zu den betreffenden Zeiten von einer Behandlungausgenommen werden (Plachter/Janßen 2002). Bei vielenanderen Wirbeltieren hingegen ist ein entsprechenderSchutz durch PA nur schwierig zu realisieren, da dieseweniger ortsstabile Bewegungsmuster aufweisen.

Während die Berücksichtigung räumlicher Habitatan-sprüche mit PA-Technologien vergleichsweise gut unter-sucht ist, gibt es nur wenige Untersuchungen, die einemögliche Berücksichtigung der zeitlichen Dynamik derAnsprüche verschiedener Tierarten zum Gegenstand ha-ben. Meyer-Aurich (2001) zeigte, wie pflanzenbaulicheAnbauverfahren an temporäre Habitatansprüche verschie-dener Tierarten angepasst werden können. Allerdings feh-len bisher Instrumente, die den Landwirten zeigen könn-ten, wann und wo sich welche Tierarten in ackerbaulichgenutzten Flächen aufhalten und welchen Schutz sie be-

nötigen. Nach Einschätzung von Strecker et al. (2004b,S. 69) könnten PA-Technologien durch ausgefeilte Infor-mationssysteme Landwirte bei der operationalen Planungvon pflanzenbaulichen Maßnahmen solche Hinweise auftemporäre Habitatansprüche geben.

4. Fazit

Die Abschätzung der ökologischen Wirkungen von PA istschwierig: erstens aufgrund der komplexen Wechselwir-kungen zwischen landwirtschaftlichen Maßnahmen undmessbaren Umweltreaktionen. Zweitens ist es auf der Ba-sis weniger verfügbarer Daten zu Standortheterogenitätenund Effekten von PA nicht möglich, die Ergebnisse undAussagen zu den Umwelteffekten von PA zu verallgemei-nern. Drittens ist zu bedenken, dass die möglichen Er-folge von PA mit der Diffusion der Technik in der Land-wirtschaft zusammenhängen, diese bislang aber starkhinter den Erwartungen zurückbleibt. Viertens undletztens hängt die Einordnung der mit PA erzielbarenUmweltvorteile damit zusammen, mit welchem Produkti-onsverfahren PA verglichen wird, d. h. ob eine intensiveflächeneinheitliche Bewirtschaftung oder extensive Nut-zungssysteme, wie die konservierende Bodenbearbeitung,als Vergleichsmaßstab herangezogen werden, wobei ex-tensive Nutzungssysteme zu einem gewissen Teil eben-falls mit PA-Techniken durchgeführt werden könnten.Aus diesem Grund können nur tendenzielle Aussagen zuden ökologischen Wirkungen von PA-Anwendungen ge-macht werden.

Ökologisch positive Effekte können durch verschiedenePA-Anwendungen erzielt werden. Mit der differenziertenmineralischen Stickstoffdüngung kann der Mineraldünger-aufwand auf heterogenen Feldern im Durchschnitt umetwa 14 kg N/ha (entspricht ca. 7 Prozent der N-Dün-gung) reduziert werden, bei um bis zu 6 Prozent höherenErträgen. Darüber hinaus kann durch teilflächenspezifi-sche Stickstoffdüngung die Stickstoffeffizienz um einigeProzentpunkte erhöht werden. Auch durch die teilflä-chenspezifische Bodenbearbeitung und Aussaat können– insbesondere durch eine Verringerung des Treibstoff-und Saatgutverbrauchs – positive Umweltauswirkungenerzielt werden. Die derzeitige Datenlage erlaubt es aller-dings nicht, hierzu quantitative Einschätzungen zu ma-chen. Während das Einsparpotenzial bei der Bodenbear-beitung je nach Standort bedeutsam sein kann, sind diemöglichen Umweltvorteile bei der Aussaat als eher ge-ring einzuschätzen.

Das größte Einsparpotenzial bei der Ausbringung von Be-triebsmitteln mit PA liegt in der Applikation von Pflan-zenschutzmitteln. Die ausgebrachte Mengen – insbeson-dere bei Herbiziden – können z. T. erheblich (um bis zu90 Prozent) verringert und damit auch die mit der Aus-bringung von Pflanzenschutzmitteln einhergehenden Ri-siken für Mensch und Umwelt vermindert werden. DerEinsatz von PA in der Bekämpfung von Unkräutern undPilzbefall könnte auch zur Verbesserung der Wirksamkeitdes Resistenzmanagements beitragen, da hierdurch eineinnerhalb der Felder nach epidemiologischen Kriterienräumlich differenzierte Mittelanwendung möglich wäre.


Dieses Anwendungsgebiet für PA ist aber zurzeit wederin der allgemeinen Diskussion um PA noch in der For-schung ein Thema.

Die Effekte PA-bedingter Betriebsmitteleinsparungen aufNatur und Umwelt lassen sich nur mit einem hohen Auf-wand und vielfach erst bei Betrachtung längerer Zeit-räume und größerer Areale ermitteln (Reiche et al. 2002).Einzelne empirische Untersuchungen sowie modellge-stützte Simulations- und Szenarienrechnungen könnenmögliche Effekte aufzeigen. Wegen der zu berücksichti-genden Standortunterschiede können diese aber nichtbzw. nur bedingt übertragen und verallgemeinert werden.

Grundsätzlich könnten PA-Techniken auch zur Erbrin-gung von Leistungen für den Arten- und Biotopschutzeingesetzt werden, beispielsweise durch das gezielte Aus-sparen sensibler Bereiche bei der Pflanzenschutzmit-telausbringung zum Schutz kleinräumiger schützenswer-ter Naturvorrangflächen in der Agrarlandschaft, dieBerücksichtigung spezieller Habitatansprüche oder dieEinhaltung von Nutzungsauflagen. Dieses Nutzungszielist bisher allerdings kaum untersucht worden.

VI. Nachhaltigkeitspotenziale von Precision Agriculture

Eine Bewertung von PA hinsichtlich der Erreichung öko-logischer, ökonomischer und sozialer Nachhaltigkeits-ziele ist schwierig, da zurzeit keine Konzepte oderMethoden zur kohärenten integrativen Bewertung derNachhaltigkeit landwirtschaftlicher Verfahren und Tech-niken verfügbar sind23 und Indikatoren zur Messungnachhaltiger ökonomischer und sozialer Entwicklung inder Landwirtschaft weitestgehend fehlen. Dazu kommt,dass die Datenbasis über die Auswirkungen von PA teil-weise sehr dünn ist (Kap. V).

In diesem Kapitel24 wird gleichwohl versucht, anhandvon Plausibilitätsüberlegungen eine Einordnung der Aus-wirkungen von PA-Anwendungen in den Kontext nach-haltiger Entwicklung vorzunehmen. Hierfür werden diePotenziale von PA zur Verringerung relevanter Nachhal-tigkeitsdefizite in der Landwirtschaft systematisch unter-sucht und diskutiert. Die Analyse konzentriert sich dabeiweitestgehend auf umweltrelevante Kenngrößen, zu de-nen teilweise detaillierte und durch politische Vorgabenverankerte Zielvorstellungen vorliegen. Zu den Auswir-kungen von PA auf die ökonomische und soziale Dimen-sion nachhaltiger Entwicklung in der Landwirtschaft kön-nen dagegen nur kurze Ausführungen erfolgen, da hierdie wissenschaftliche und gesellschaftspolitische Diskus-sion über Kriterien, Ziele und Indikatoren noch am An-fang steht.

Im Folgenden werden zunächst die Ziele, Strategien undMaßnahmen einer nachhaltigen Landwirtschaft auf der

nationalen, europäischen und außereuropäischen Ebeneaufgezeigt. Danach werden für ausgewählte außereuro-päische Länder (USA, Japan, Australien und Indien) de-ren nationale Ziele zur Erreichung einer nachhaltigenLandwirtschaft dargestellt und ausgeführt und welche Er-wartungen in diesem Kontext an PA geknüpft werden.Hierdurch soll herausgearbeitet werden, dass bei der Ope-rationalisierung des Leitbildes nachhaltiger Entwicklungdie nationalen Vorstellungen auch für den Bereich Land-wirtschaft sowie auch die Erwartungen an PA auseinan-der gehen können. Anschließend werden europäische undnationale Nachhaltigkeitsansätze für die Landwirtschaftdargestellt sowie ein Vergleich zwischen den Nachhaltig-keitszielen der betrachteten Länder gezogen. Dabei wer-den auch die z. T. unterschiedlichen nationalen Erwartun-gen an PA zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielendargelegt. Danach werden die im wissenschaftlichen undpolitischen Umfeld diskutierten Nachhaltigkeitsindikato-ren vorgestellt. Darauf aufbauend werden die wesentli-chen Nachhaltigkeitsdefizite der Landwirtschaft inDeutschland dargestellt und die Beiträge von PA zur Ver-ringerung dieser Defizite analysiert.

1. Ziele einer nachhaltigen Entwicklung in der Landwirtschaft

Globale Ebene

Im Brundtland-Bericht und in der Agenda 21 wird dieweltweite Ernährungssicherheit einer wachsenden Welt-bevölkerung als wichtiges Ziel einer global nachhaltigenEntwicklung genannt. Zur Erreichung dieses Ziels undum gleichzeitig ein weiteres Vordringen der Landwirt-schaft auf nur begrenzt für eine landwirtschaftliche Nut-zung geeignete Standorte zu verhindern, soll die Produk-tion auf bereits bewirtschafteten Flächen gesteigertwerden. Im Kapitel 14 der Agenda 21 heißt es dazu:„Vorrang muss dabei die Erhaltung und Steigerung derLeistungsfähigkeit der ertragreicheren landwirtschaftli-chen Nutzflächen haben, denn nur so kann eine wach-sende Bevölkerung ausreichend mit Nahrungsmitteln ver-sorgt werden“. Hierfür wird der verbesserte Einsatz vonProduktionsmitteln (Dünge- und Pflanzenschutzmittel)als bedeutsames Instrument zur Förderung einer nachhal-tigen Landwirtschaft und ländlichen Entwicklung („sus-tainable agriculture and rural development“, SARD) auf-geführt.

Von den Vereinten Nationen (UN) und der „Commissionof Sustainable Development“ (CSD) wurden in den letz-ten Jahren nur wenig Hinweise zum Verständnis und zurOperationalisierung von nachhaltiger Landwirtschaft ge-geben. Auf der 3. Sitzungsrunde der CSD (1995) erfolgteeine erste Bestandsaufnahme der Aktivitäten in den ver-schiedenen Ländern im Bereich nachhaltiger Entwick-lung in der Landwirtschaft und des ländlichen Raumes.Da auf der zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Informa-tionsgrundlage keine internationalen Vergleiche gezogenwerden konnten, wurden von der CSD auf dieser Sitzungumfassendere nationale Dokumentationen zur nachhalti-gen Entwicklung der Landwirtschaft anhand von Indika-toren angemahnt.

23 In dem gerade begonnenen BMBF-Forschungsprojekt preagro II solleine Methode für eine Nachhaltigkeitsbewertung teilflächenspezifi-scher Bewirtschaftung entwickelt werden.

24 Dieses Kapitel basiert in weiten Teilen auf dem Gutachten vonWerner/Christen (2004).


Auf der 5. Sitzungsrunde der CSD (1997) wurde dieSituation in den Entwicklungsländern und die Einführungvon Systemen des Integrierten Pflanzenschutzes behan-delt. Für die OECD-Länder wird auf die Entwicklung derAnbaufläche des ökologischen Landbaus als Indikator füreine nachhaltige Entwicklung der Landwirtschaft abgeho-ben. Eine umfassende Auseinandersetzung mit den Prin-zipien der nachhaltigen Entwicklung erfolgte allerdingsnicht.

Auf der 8. Sitzungsrunde der CSD (2000) wurde alsHauptziel einer nachhaltigen Landwirtschaft und ländli-chen Entwicklung die Erhöhung der Nahrungsproduktionund die Verbesserung der Nahrungssicherheit mit um-weltfreundlichen Produktionsmethoden genannt. Diessteht in einem gewissen Widerspruch zu dem im Jahr1997 für die OECD-Länder formulierten Nachhaltigkeits-ziel, die nach den Prinzipien des ökologischen Landbausbewirtschaftete Fläche zu erweitern, da das Ertragspoten-zial im Ökolandbau durch den Verzicht auf den Einsatzvon Mineraldünger und chemische Pflanzenschutzmittelim Durchschnitt deutlich unter dem der konventionellenLandwirtschaft liegt. Als eine Maßnahme zur Umsetzungdes Nachhaltigkeitsleitbildes wird in den Dokumenten dieVerbesserung der Düngung erwähnt, ohne dass jedochkonkret auf Einzelmaßnahmen oder Konzepte eingegan-gen wird.

In der 10. Sitzungsperiode der CSD (2002) gab es An-merkungen über den Einsatz moderner Technologien alsInstrumente einer nachhaltigen Entwicklung in der Land-wirtschaft, jedoch bleibt unklar, ob es sich hier um Gen-technik oder PA handelt.

Die „Food and Agriculture Organisation„ (FAO) sieht an-gesichts der weltweit bis 1,2 Milliarden hungernden Men-schen – darunter vor allem Frauen und Kinder – ein wich-tiges Ziel nachhaltiger Landbewirtschaftung darin, dieProduktion von Nahrungsmitteln in einem Maße anzuhe-ben, dass die gesamte Weltbevölkerung heute und in derZukunft Zugang zu ausreichend Nahrung hat. Auf demWelternährungsgipfel in Rom wurde beschlossen (Mil-lenniumsziel), die Zahl der Hungernden weltweit von1990 bis 2015 zu halbieren. Da die Erdbevölkerungweiter wächst (um rund 1,5 Prozent/Jahr), gleichzeitigweltweit 5 bis 7 Mio. ha an Ackerfläche pro Jahr verlorengehen,25 ist nach Meinung der FAO zur Sicherstellung ei-ner ausreichenden Nahrungsmittelversorgung eine Erhö-hung der Produktivität auf den existierenden gutenAckerbaustandorten erforderlich. Aufgrund der agrarpoli-tischen Rahmenbedingungen und der niedrigen Preise fürlandwirtschaftliche Erzeugnisse findet weltweit in vielenLändern jedoch eine gegenläufige Entwicklung statt: dortverhindern Flächenstilllegungsprogramme und der Trendzur Extensivierung der Produktion – teilweise gefördertdurch Agrarumweltprogramme – die Ausschöpfung derstandörtlichen, züchterisch-technischen Ertragspoten-ziale.

Nachhaltigkeitsziele ausgewählter Länder

Die auf nationaler Ebene festgelegten Ziele einer nach-haltigen Landbewirtschaftung können sich zwischen In-dustrie- und Entwicklungsländern sowie von den o. g. imglobalen Kontext wichtigen Nachhaltigkeitszielenunterscheiden, da diese in besonderem Maße von den na-turräumlichen, agrarstrukturellen und politischen Rah-menbedingungen abhängen. Dies soll am Beispiel derNachhaltigkeitsziele ausgewählter Länder (USA, Japan,Australien und Indien) gezeigt werden. Außerdem wirddargestellt, welche Hoffnungen an PA zur Erreichung ei-ner nachhaltigen Entwicklung der Landwirtschaft ge-knüpft werden.

USA

Vorhaben zur Entwicklung nachhaltiger landwirtschaftli-cher Produktionssysteme werden in den USA seit 1987durch das amerikanische Landwirtschaftsministerium(USDA) gefördert. Im gleichen Jahr bewilligte der Kon-gress die ersten Finanzmittel für entsprechende Aktivitä-ten in Forschung und Ausbildung. Ab 1995 wurde unge-fähr 1 Prozent des Haushaltes des Forschungsdienstes desUSDA für Projekte zur Entwicklung einer nachhaltigenLandwirtschaft ausgegeben.

Ein spezielles Forschungsprogramm für nachhaltigeLandwirtschaft wurde 1990 durch die Farm Bill26 eta-bliert. In der darauf folgenden Farm Bill (1995) wurdendie Ziele einer nachhaltigen Entwicklung der amerikani-schen Landwirtschaft definiert:

– Erhalt und Verbesserung der Bodenqualität und -pro-duktivität;

– schonende Nutzung von Boden, Wasser und Energiesowie anderer natürlicher Ressourcen einschließlichvon Fischen und Wildtieren;

– Erhalt und Verbesserung der Qualität von Grundwas-ser und Oberflächengewässern

– Schutz der Gesundheit und Sicherheit von in derLandwirtschaft tätigen Personen;

– Förderung des Wohlbefindens von Tieren;

– Steigerung der Arbeitsmöglichkeiten in der Landwirt-schaft.

Die Auflistung umweltrelevanter Nachhaltigkeitszieledarf nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Verbesserungder wirtschaftlichen Situation der Landwirte und dieFörderung von bäuerlichen Strukturen die hauptsächli-chen Ziele der Farm Bill27 sind. Dies zeigt auch die neueFarm Bill 2002, die eine neuartige und höhere Agrar-preisstützung und andere Maßnahmen zur finanziellen

25 Eine Ausdehnung der landwirtschaftlich genutzten Fläche ist nurnoch begrenzt möglich und wäre teilweise mit ökologisch bedenkli-chen Auswirkungen verbunden.

26 Mittelfristige Planungsgrundlage der US-amerikanischen Agrarpoli-tik mit einem Schwerpunkt auf wirtschaftliche Zielsetzungen.

27 Dies ist nicht weiter verwunderlich, da die Farm Bill ihren Schwer-punkt in der ökonomischen Entwicklung hat und die Ausrichtung derFarm Bill durch intensive Lobbyarbeit seitens verschiedener Grup-pen von Landwirten beeinflusst wird.


Stützung der Landwirtschaft (und daneben auch erwei-terte Umweltmaßnahmen) vorsieht.

Auch in den Programmen und Aktivitäten der Nachhal-tigkeitsinitiativen auf regionaler Ebene werden die Ver-besserung der wirtschaftlichen Situation der Betriebe unddie Entwicklung der ländlichen Räume und Kommunenvorwiegend an erster Stelle genannt. Nachhaltigkeitszieleaus dem Bereich Umwelt- und Ressourcenschutz werdendagegen oft zweitrangig aufgeführt und beschäftigen sichdann mit Aspekten, die den Erhalt der Produktionsgrund-lagen betreffen, wie die Erosionsvermeidung, z. B. durchkonservierende Bodenbearbeitung („no-till“-Systeme),integrierten Pflanzenschutz und Zwischenfruchtanbau.Daneben gibt es aber auch in den USA Initiativen zurFörderung des ökologischen Landbaus (z. B. Etablierungeines Zertifizierungssystems) und zur verstärkten energe-tischen Nutzung von Biomasse.

Der Entwicklung und Implementierung neuer Techniken(„green technologies“) wird in den USA eine große Rollebei der Erreichung einer nachhaltigeren Landwirtschaftbeigemessen. Zu den verschiedenen Verfahren und Tech-niken, die zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen dis-kutiert werden – von der konservierenden Bodenbearbei-tung über den integrierten Pflanzenschutz und dasverbesserte Nährstoffmanagement bis zum ökologischenLandbau – gehört auch der Einsatz von PA. Wie der Bei-trag von PA zur nachhaltigen Entwicklung der Landwirt-schaft insgesamt zu bewerten ist, wird in den USA kon-trovers erörtert, da den positiven Nachhaltigkeitseffekten(v. a. Reduzierung des Betriebsmitteleinsatzes) negative(v. a. hoher Kapitalbedarf, Anforderungen an den techni-schen Sachverstand) gegenüberstehen. Aufgrund fehlen-der breiter Akzeptanz und beschränkter Diffusion von PAsowie unzureichender Honorierung der mit PA-erzielba-ren Umweltleistungen wird der Beitrag von PA zur Ver-ringerung von Nachhaltigkeitsdefiziten zurzeit als ehergering eingeschätzt (Hrubovcak et al. 1999; USDA2002).

Japan

Die Diskussion zur nachhaltigen Entwicklung der Land-wirtschaft in Japan ist beachtenswert, da Japan für techni-sche Innovationen als offen gilt und hohe Umweltstan-dards anlegt. Auf der anderen Seite besitzt Japan eineLandwirtschaft, die extrem kleinteilig strukturiert, ar-beitsintensiv, hoch mechanisiert und seitens der Betriebs-leiter überaltert (Durchschnittsalter über 60 Jahre) ist.Aufgrund der überwiegend gebirgigen OberflächengestaltJapans und der starken Nachfrage nach Siedlungsgebietenkönnen nur 14,4 Prozent der Bodenfläche als landwirt-schaftliche Anbaufläche genutzt werden. ErtragreicheReissorten, massiver Düngemittel- und Pflanzenschutz-mitteleinsatz sowie intensive Anbautechniken ermögli-chen den Kleinbetrieben (durchschnittliche Betriebs-größe: 1,2 ha, meist im Neben- oder Zuerwerb) hoheErnteerträge. Eine Bedrohung der traditionellen Anbau-methoden in Japan stellen insbesondere die Billigimportean Lebensmitteln dar. Deshalb verfolgt Japan eine strikteAutarkiepolitik bei der Versorgung des Landes mit wich-tigen Grundnahrungsmitteln.

In Japan wurde bereits 1994 vom Landwirtschaftsminis-terium ein Rat für Nachhaltigkeit in der Landwirtschafteingerichtet, in dem unter Beteiligung von Umwelt- undVerbrauchergruppen die Prinzipien und Umsetzungsmög-lichkeiten der nachhaltigen Entwicklung in der Landwirt-schaft ausgearbeitet wurden. Ein zentrales Nachhaltigkeits-ziel in Japan ist die Sicherstellung der Eigenversorgungmit Nahrungsmitteln. Vor diesem Hintergrund wird zumeinen ein besonderes Augenmerk auf die Vermeidungweiterer Landverluste durch Versiegelung gelegt. Zumanderen gibt es verschiedene Projekte zur Erhöhung derProduktivität in der Landwirtschaft; hierzu zählt auch dieSteigerung der betrieblichen Arbeitsproduktivität durchVerbesserungen der Infrastruktur und Zusammenlegungvon Einzelparzellen. Die gesetzgeberische Umsetzungdes umfassenden Nachhaltigkeitsansatzes erfolgte 1999.

In der praktischen Umsetzung sollen die Landwirte ler-nen, natürliche Regelkreise besser zu berücksichtigen, dieNutzung von organischen Düngern zu verbessern und denGebrauch von Pflanzenschutzmitteln und synthetischenDüngern einzuschränken bzw. effizienter zu gestalten.Zur Erreichung dieser Ziele soll u. a. auch moderne Tech-nik zur präzisen Ausbringung von Betriebsmitteln (z. B.PA) eingesetzt werden. Darüber hinaus soll die Ausbil-dung und Beratung der Landwirte dahingehend verbessertwerden, dass diese die Empfehlungen zum Umgang mitBetriebsmitteln besser umsetzen. Für einen breiten Ein-satz von PA zur Verbesserung der Nachhaltigkeit in derjapanischen Landwirtschaft müsste eine spezielle Anpas-sung der Verfahren an die kleinstrukturierten japanischenVerhältnisse erfolgen (Ito 2002).

Australien

Für Australien ist die Diskussion um das Konzept einernachhaltigen Entwicklung der Landwirtschaft in folgen-dem Kontext zu sehen: Zum einen ist Australien einwichtiger Exporteur von Agrarprodukten und der Agrar-sektor ist im Unterschied zu anderen Industrieländernauch ein volkswirtschaftlich bedeutsamer Sektor. Zumanderen weist die australische Landwirtschaft aufgrundder naturräumlichen Gegebenheiten teilweise große öko-logische und in der Konsequenz auch ökonomische Un-terschiede auf.

Die australische Regierung hat 1996 ein Konzept zurnachhaltigen Entwicklung der Landwirtschaft mit nach-stehenden Richtlinien vorgelegt (Guerin 1999; Mason1997):

– Schaffung einer integrierten Regierungspolitik zurUnterstützung kommunaler Initiativen, die landwirt-schaftliche Ressourcen schützen;

– Förderung eines integrierten Ressourcenschutzes imländlichen Raum, insbesondere in Regionen mit star-ker Bodendegradation;

– Hilfe bei der Selbstorganisation von kommunalen Ini-tiativen, die den Informationstransfer verbessern undden Landwirten nachhaltige Wirtschaftsweisen näherbringen;


– Verminderung des Einflusses und Verbesserung desManagements von eingeführten Pflanzen und Tierenauf landwirtschaftlichen Nutzflächen;

– Verbesserung des Managements von Kängurubestän-den auf nationaler Ebene, einschließlich der Verbesse-rung der Bedingungen für eine kommerzielle Nutzungvon Kängurus;

– Förderung eines sicheren Managements von Pflanzen-schutzmitteln und Tierarzneimitteln bei gleichzeitigerVerbesserung des Informationsstands über die genann-ten Stoffklassen.

Anders als in Westeuropa ist in Australien der Zusam-menhang zwischen Ressourcenschutz und Erhalt der Pro-duktionsgrundlage als Basis zur Einkommenserzielungsehr viel direkter. Vor diesem Hintergrund ist es nicht ver-wunderlich, dass die ökologischen Aspekte der nachhalti-gen Entwicklung (Schutz der biotischen und abiotischenRessourcen, Erhalt und Förderung der Biodiversität) inden Programmen zur nachhaltigen Landwirtschaft über-wiegen. Neben einigen naturräumlichen Besonderheiten(Nutzung und Management von Wildtieren und einge-führten Pflanzen und Tieren), wird bei den o. g. Zielendie Bedeutung des partizipatorischen Ansatzes, geprägtdurch Umweltinitiativen auf kommunaler Ebene, deut-lich: Die direkten staatlichen Initiativen werden durchkommunale Initiativen im Rahmen der „Landcare-Bewe-gung“, die mit mehr als 4 500 Gruppen inzwischen fast40 Prozent der landwirtschaftlich genutzten Fläche Aus-traliens erfasst, unterstützt.

Die Erfolge bei der Umgestaltung des Betriebsmanage-ments gehen einher mit einer wachsenden Bereitschaftzur Teilnahme an Maßnahmen zur Verbesserung der öko-logischen Situation auf den bewirtschafteten Flächen. Einwesentlicher Grundstein für diesen Erfolg wird in demsehr stark partizipatorischem „bottom-up“-Charakter desKonzepts und in der Bedeutung der Nachhaltigkeitsinitia-tiven auf lokaler Ebene gesehen. Entscheidend dabei istdie Veränderung im Bewusstsein der beteiligten Gruppen,die zu einer Umsetzung von Maßnahmen zur nachhalti-gen Entwicklung in der Landwirtschaft geführt hat.

In Australien wird PA als eine technische Antwort aufden ökonomischen Druck – bedingt durch sinkendeErzeugerpreise in globalisierten Märkten – und gesell-schaftspolitische Forderungen, die Produktion umwelt-verträglicher zu gestalten, gesehen (Australian Govern-ment 2005a). Die Erwartungen an die neue Technik sindhoch: Durch den Einsatz von PA soll die Landbewirt-schaftung nachhaltiger werden; gleichzeitig sollen durchdie Verbreitung dieser Technik neue Beschäftigungsmög-lichkeiten im Verkauf, in der Aus- und Weiterbildung undim „IT-Support“ in ländlichen Räumen geschaffen wer-den (Australian Government 2005b).

Indien

Ein wesentliches Ziel der indischen Politik besteht in wei-teren landwirtschaftlichen Produktionssteigerungen undder Förderung des Agrarbereichs, z. B. durch Zollrege-lungen. Weitere Schwerpunkte der nachhaltigen Entwick-

lung sind die Gesetzgebungen und Regelungen zur Saat-gutqualität („Seeds Act“ von 1996), zum Pflanzenschutzund zur Düngung sowie zur Vermeidung der Einschlep-pung fremder Pflanzenarten. Im Kontext der Gesamtent-wicklung der indischen Volkswirtschaft wird als wichti-ges Nachhaltigkeitsziel die Verminderung der Landfluchtgenannt.

Im Jahr 1999 wurde eine nationale Strategie zur nachhal-tigen Entwicklung der Landwirtschaft und der ländlichenRäume entwickelt. Hierbei geht es um die Ernährungssi-cherung und die Bekämpfung des Hungers sowie die Stei-gerung von Wirtschaftswachstum und Beschäftigung.Basierend auf der Einteilung des Landes in Agrarumwelt-zonen wurden die Land-, Wasser- und Vegetationsressour-cen sowie die sich daraus ergebenden Produktionspoten-ziale analysiert und in konkrete Produktionsempfehlungenumgesetzt. In dem „Atlas of the Sustainability of FoodSecurity in India“ wird die Fähigkeit der einzelnen Bun-desstaaten untersucht, die Versorgung der Bevölkerungmit Nahrungsmitteln sicherzustellen (MSSRF 2004).Dass in Indien neben der Nahrungsversorgung auch Um-weltaspekte eine wichtige Rolle spielen, verdeutlichendie Ausführungen zur Versalzung und zur Erosion, wobeiinsbesondere das Problem der Bodenverluste durch Ero-sion in Indien inzwischen ein bedrohliches Ausmaß vondurchschnittlich fast 17 t/ha/Jahr erreicht hat. Danebenwerden auch die zeit- und bedarfsgerechte Ausbringungder Betriebsmittel und die Entwicklung von integriertenSystemen beim Pflanzenschutz genannt.

Die Anwendungsmöglichkeiten von PA zur nachhaltigenEntwicklung der Landwirtschaft sind in Indien aufgrundder Besitz- und Kapitalverhältnisse, der Betriebsgrößen(im Durchschnitt kleiner als 1 ha) und der Vielfalt derangebauten Kulturpflanzen begrenzt. Trotz dieserSchwierigkeiten sieht Indien PA als wichtige Technik zurnachhaltigen Entwicklung der pflanzenbaulichen Produk-tionssysteme (Anonym 2005c). Die nationalen und regio-nalen staatlichen Ebenen Indiens haben die Einführungvon PA als innovative und wichtige Technik für die Pflan-zenproduktion in ihren Zukunftskonzepten integriert undfördern diese durch finanzielle Unterstützung (Anonym2003). In Indien – aber auch in anderen Entwicklungs-und Schwellenländern wie China und einigen Nationen inSüdamerika (Anonym 2002) – wird darüber hinaus auchdie Forschung und Entwicklung zu PA in den letzten Jah-ren zunehmend gefördert (Anonym 2005d u. 2005e). Diegrößte Herausforderung für die Wissenschaft stellt dabeidie Anpassung von PA an die indischen Verhältnisse(d. h. große Unterschiede in den Standortverhältnissenund kleine Betriebsgrößen) dar (Shanwad 2005).

Europäische Nachhaltigkeitsansätze

Auf der europäischen Ebene wurden in der Folge von Rioverstärkt Aktivitäten zur Integration von Nachhaltigkeits-strategien in die Landwirtschaft entfaltet. Initiiert durchdie Verträge von Maastricht (1992) und Amsterdamwurde insbesondere durch die Tagung des EuropäischenRates in Cardiff (1998) ein Prozess (so genannter Cardiff-Prozess) angestoßen, der eine verbesserte Berücksichti-gung von Umweltbelangen in allen Politikbereichen derEU fordert.


In der so genannten Lissabon-Strategie (EU 2002) zurwirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Erneuerung,der EU definierte der Europäische Rat das Ziel, die EUbis 2010 „zum wettbewerbsfähigsten und dynamischstenwissensbasierten Wirtschaftsraum in der Welt“ zu ma-chen, weil eine stärkere Wirtschaft nicht nur der Schaf-fung von Arbeitsplätzen förderlich ist, sondern auch einerSozialpolitik und einer Umweltpolitik, die eine nachhal-tige Entwicklung und soziale Integration gewährleisten.Bislang konnten bei der Umsetzung der Lissaboner-Stra-tegie, die aus 28 Hauptzielen und weiteren 120 unterge-ordneten Zielen sowie insgesamt 117 Indikatoren besteht,nur mäßige Erfolge verzeichnet werden (EU 2005).

Der starke Fokus auf ökonomische Nachhaltigkeit wurdeauf der Tagung des Europäischen Rates in Göteborg(2001) durch die Erweiterung um eine ökologische Di-mension relativiert. Als grundlegend für eine insgesamtnachhaltige Entwicklung wurde nun definiert, dass dasWirtschaftswachstum, die Umweltqualität und die sozialeIntegration gleichrangige Nachhaltigkeitsziele sind. MitBlick auf die Erreichung dieses Ziels wird der Schwer-punkt auf eine kohärente Politikgestaltung und den Aus-gleich zwischen widersprüchlichen Zielen und Interessennachhaltiger Entwicklung gelegt. Um dies zu realisieren,hat die EU-Kommission 2002 ein Folgenabschätzungs-verfahren eingeführt, mit dem bei größeren politischenVorhaben die zu erwartenden wirtschaftlichen, sozialenund ökologischen Auswirkungen identifiziert und bewer-tet werden sollen.

Auf ihrer Tagung in Göteborg wurde von den Staats- undRegierungschefs der EU-Länder außerdem beschlossen,die Vision einer nachhaltigen Entwicklung in eine opera-tionelle Strategie umzusetzen. Diese von der EU-Kom-mission (EU 2001) entwickelte EU-Nachhaltigkeitsstrate-gie beinhaltet ein Nachhaltigkeitskonzept, dessenlangfristiges Ziel die integrative Betrachtung der wirt-schaftlichen, ökologischen und sozialen Dimension ist.Es wurden sechs wichtige Handlungsbereiche identifi-ziert, darunter auch das Management natürlicher Ressour-cen. Zu jedem dieser Bereiche wurden Hauptziele defi-niert und politische Maßnahmen festgelegt, die alsgeeignet angesehen werden, zur Erreichung dieser Zielebeizutragen. Die Ausgestaltung der Gemeinsamen Agrar-politik stellt einen Schwerpunkt der EU-Strategie für einenachhaltige Entwicklung des Ressourcenmanagementsdar. Zur Erfüllung der Lissaboner Strategieziele wurde inGöteborg für die Landwirtschaft als Leitprinzip „einegute wirtschaftliche Leistung in Verbindung mit einernachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen“ festgelegtund in Thessaloniki (2003) bestätigt. Das Ziel soll u. a.durch umweltfreundliche Produktionsmethoden (z. B.Ökolandbau, PA) und der Nutzung nachwachsender Roh-stoffe erreicht werden.

Die Situation in Deutschland

In Deutschland haben verschiedene Institutionen Zielvor-stellungen bzw. Konzepte zur Konkretisierung und Um-setzung des Leitbildes nachhaltiger Entwicklung in derLandwirtschaft ausgearbeitet. Hierzu gehören beispiels-

weise die Bundesregierung (2002), das Bundesministe-rium für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirt-schaft (BMVEL 2000), das Bundesministerium fürUmwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU1997), die Enquete-Kommission (1998), der Rat vonSachverständigen für Umweltfragen (SRU 1996), dasUmweltbundesamt (UBA 1997), das Wuppertal Institut(Wuppertal Institut 1996), die Akademie für Technikfol-genabschätzung in Baden-Württemberg (Linkh et al.1997), die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher For-schungszentren (Coenen/Grunwald 2003), der DeutscheBauernverband (DBV 2000) und der Naturschutzbund(NABU 2002). Einige dieser Arbeiten sollen hier kurzvorgestellt werden.

2002 hat die damalige Bundesregierung eine nationaleNachhaltigkeitsstrategie mit 21 Zielen und 25 Indikatorenfür eine nachhaltige Entwicklung beschlossen (Bundes-regierung 2002). Diese Strategie enthält auch für den Be-reich Landwirtschaft direkte und indirekte Zielsetzungen.Als Kern eines neuen Leitbildes der Landwirtschaft wirdeine qualitätsorientierte und umweltverträgliche Produk-tion entsprechend den Grundsätzen einer nachhaltigenEntwicklung genannt, wobei der vorsorgende gesund-heitsbezogene Verbraucherschutz vorrangig ist. In derNachhaltigkeitsstrategie wird davon ausgegangen, dassder Ökolandbau weitgehend den Kriterien einer nachhal-tigen Landwirtschaft entspricht. Sein Anteil soll deshalbbis 2010 auf 20 Prozent der LF ausgedehnt werden. Die-ser Indikator wurde allerdings von verschiedenen Seitenkritisiert. In den Ausführungen des „Country Profile“ (zurVorbereitung des Gipfels von Johannesburg 2002) wirddie Bedeutung der „guten fachlichen Praxis“ zur Förde-rung nachhaltiger Landwirtschaft unterstrichen. Außer-dem wird auf die Beschlüsse des Bund/Länder-Planungs-ausschusses Agrarstruktur- und Küstenschutz (PLANAK)zur Förderung des Ökolandbaus in Produktion und Ver-marktung, der Einführung des integrierten Pflanzenschut-zes und auf Maßnahmen zum Schutz der genetischenRessourcen und zur Förderung von nachwachsendenRohstoffen verwiesen. Im Bereich Forschung werden ne-ben den Aktivitäten im Bodenschutz v. a. Entwicklungenbei Entscheidungsmodellen im Bereich der Düngung unddes Pflanzenschutzes28 sowie Strategien zur Verminde-rung von Stickstoff- und Phosphorverlusten in der Tier-haltung hervorgehoben.

Der Deutsche Bauernverband (DBV 2000) hat zehn Ori-entierungspunkte zur Entwicklung einer nachhaltigenLand- und Forstwirtschaft erarbeitet. Neben der Erzeu-gung qualitativ hochwertiger, gesunder Nahrungsmittelwerden hier zunächst wirtschaftliche Ziele (Sicherungund Modernisierung der Arbeitsplätze, Einkommensver-besserung, Förderung und Stabilisierung des ländlichenRaumes als Wirtschaftsstandort, Erhalt der Kultur- undErholungslandschaft) aufgeführt. Zu den umweltbezoge-nen Zielen gehören der Schutz der Artenvielfalt, der Er-

28 Durch die Einführung entsprechender Modellansätze soll der Ver-brauch von Pflanzenschutzmitteln vermindert werden, ohne die Pro-duktionsrisiken zu erhöhen.


halt der Bodenfruchtbarkeit, der sorgfältige Einsatz vonDünge- und Pflanzenschutzmitteln, die Bereitstellungund Reinhaltung des Grundwassers und die nachhaltigeNutzung von Wasser. Die Nachhaltigkeitsziele sollen aufder Basis des aktuellen Erkenntnis-, Forschungs- undEntwicklungsstands unter Partizipation der Beteiligtenumgesetzt werden.

Auch die Wissenschaft hat sich mit der Entwicklung vonKonzepten und Zielen für eine nachhaltige Entwicklungin der Landwirtschaft auseinandergesetzt. Aus einer Ana-lyse von mehr als 50 Definitionen aus der agrarwissen-schaftlichen Forschung lassen sich in Anlehnung anWerner/Christen (2004, S. 27) sechs grundlegende Teilas-pekte der Nachhaltigkeit identifizieren:

– Sicherung der Nahrungsmittelversorgung und -quali-tät,

– Ressourcenschonung (Boden, Wasser, Luft),

– Erhalt der biologischen Vielfalt,

– Verbesserung der wirtschaftlichen Situation landwirt-schaftlicher Betriebe,

– globale Perspektive (Ernährung der Weltbevölkerung,Klimaschutz),

– intra- und intergenerationelle Gerechtigkeit.

Weitere wichtige und in vielen politischen Dokumentengenannte Nachhaltigkeitsziele sind die Nutzung nach-wachsender Rohstoffe, das Wohlbefinden der Tiere undder Erhalt der Kulturlandschaft sowie die Stärkung derWirtschaftkraft und die Verbesserung der Beschäfti-gungssituation in ländlichen Räumen. Obwohl Umfangund Anspruch der hier vorgestellten Nachhaltigkeitszieleunterschiedlich sind, ist den Ansätzen gemeinsam, dassmeist wenig konkrete Aussagen über die Operationalisie-rung einer nachhaltigen Entwicklung der Landwirtschaftgemacht werden. Die Vielfalt der Anforderungen, die aneine nachhaltige Entwicklung der Landwirtschaft gestelltwerden, zeigt aber die Bedeutung, die der Landwirtschaftinnerhalb einer nachhaltigen Entwicklung zukommt. Le-diglich die Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierungsowie die Veröffentlichungen des Bauernverbandes las-sen einen Zusammenhang mit der Produktionstechnik er-kennen, indem die Beziehung zu ökologischen bzw. inte-grierten Anbaumethoden hergestellt wird.

Vergleich nationaler Nachhaltigkeitsziele

Die nationalen Ziele einer nachhaltigen Landwirtschaftkönnen unterschiedlich sein, da sie stark von naturräumli-chen Voraussetzungen, nationalen Besonderheiten undpolitischen Prioritätensetzungen abhängen. In Indien undJapan beispielsweise stellt die Förderung der inländischenErzeugung von Nahrungsmitteln ein Hauptziel nachhalti-ger Entwicklung dar. In Deutschland ist weniger dieQuantität als vielmehr die Qualität der erzeugten Nah-rungsmittel wichtig, da der deutsche Selbstversorgungs-grad, der das Verhältnis inländischer Erzeugung zum in-ländischen Verbrauch darstellt, bei Getreide, Zucker und

Rindfleisch deutlich über 100 Prozent liegt29 (DBV2005).

Unter nationalen Zielvorstellungen zur nachhaltigenLandbewirtschaftung gibt es einige Übereinstimmungen.Dies betrifft v. a. Nachhaltigkeitsziele, die nur durch An-strengungen aller Staaten erreicht werden können, wiez. B. die ausreichende Versorgung einer weiter wachsen-den Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln, und solche,die den Klima- und Naturschutz anbelangen. In Deutsch-land, Australien und in den USA ist neben der Arbeits-platzsicherung und der Einkommensverbesserung v. a.für Familienbetriebe auch die weitere Verringerung derUmweltbelastungen durch landwirtschaftliche Aktivitä-ten ein wichtiges Nachhaltigkeitsziel. Während inDeutschland die umweltrelevanten Ziele ein relativ gro-ßes Gewicht haben, steht in den USA die Verbesserungder wirtschaftlichen Situation der landwirtschaftlichenBetriebe und der ländlichen Räume im Vordergrund. Inden USA werden darüber hinaus eine Steigerung der Ar-beitsmöglichkeiten in der Landwirtschaft sowie ein bes-serer Schutz der Gesundheit und Sicherheit der in derLandwirtschaft tätigen Personen als wichtige Nachhaltig-keitsziele genannt. Japan strebt dagegen eine Steigerungder betrieblichen Arbeitsproduktivität und für die Zukunftden Einsatz von Robotik in der Landwirtschaft an. InAustralien werden ökonomische und umweltrelevanteAspekte nahezu gleichrangig behandelt, da diese auch aufder Betriebsebene miteinander verbunden sind.

Mit welchem konkreten Maßnahmenbündel die einzelnenNachhaltigkeitsziele erreicht werden sollen, bleibt meistunklar. Eine Schwerpunktsetzung auf den ökologischenLandbau zur nachhaltigen Entwicklung der Landwirt-schaft findet sich insbesondere in Deutschland, Öster-reich und Schweden. In den USA, Japan und Australiennehmen dagegen andere Verfahren und Techniken zumRessourcenschutz und zur verbesserten bzw. reduziertenAusbringung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln(z. B. konservierende Bodenbearbeitung, integrierterPflanzenschutz, verbessertes Nährstoffmanagement) ei-nen großen Raum in der Nachhaltigkeitsdebatte ein.

Der Beitrag von PA zur nachhaltigen Entwicklung derLandwirtschaft wird in den Ländern differenziert gese-hen. Einerseits gibt es hohe Erwartungen an PA bezüglichder damit verbundenen Betriebsmitteleinsparungen undpositiven Umwelteffekte. Andererseits sind die Anwen-dungsmöglichkeiten in Entwicklungs- aber auch in Indus-trieländern mit klein strukturierter Landwirtschaft (z. B.Japan) begrenzt. Zudem stellen die Anforderungen vonPA an Betriebsgröße, Kapitalbedarf und technischenSachverstand der Landwirte bedeutende Hemmnisse dar,die die Diffusion von PA begrenzen.

29 Nahezu ausgeglichen ist die Versorgungsbilanz bei Milch und Kartof-feln. Bei Obst, Gemüse und Schaffleisch dagegen liegt der Selbstver-sorgungsgrad um 50 Prozent oder deutlich darunter. Zwischen gut 70und 90 Prozent liegt der Selbstversorgungsgrad bei Eiern, Geflügelund Schweinefleisch.


2. Operationalisierung von Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft

Zur Umsetzung der Ziele nachhaltiger Landbewirtschaf-tung müssen diese konkretisiert und operationalisiertwerden. Hierfür werden Nachhaltigkeitsindikatoren ent-wickelt, anhand derer ein Zustand analysiert, seine Ver-änderung beobachtet und der Effekt von Maßnahmenabgelesen werden kann. Aufgrund dieser vielfältigen An-forderungen kommt der Auswahl von Nachhaltigkeits-indikatoren eine große Bedeutung zu. Idealerweise soll-ten bei der Indikatorenauswahl wissenschaftliche (z. B.Repräsentativität und Adäquanz bezüglich der jeweiligenNachhaltigkeitsprobleme), funktionale (z. B. Sensitivitätgegenüber Änderungen im Zeitverlauf), praktische (z. B.Datenverfügbarkeit und Aufwand der Datenbeschaffung)Anforderungen sowie Anforderungen aus der Sicht derNutzer (z. B. Zielfähigkeit, Richtungssicherheit, Ver-ständlichkeit, Steuerbarkeit) berücksichtigt werden(Kopfmüller et al. 2001, S. 320). In der Praxis gelingtdies allerdings selten.

Aufgrund der zahlreichen Aktivitäten zur Indikatorenfin-dung existiert mittlerweile eine ganze Reihe an z. T. um-fangreichen Indikatorsätzen, die zur Beschreibung vonEntwicklungszuständen hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit

geeignet sind (Kopfmüller et al. 2001, S. 322). In dennachfolgenden Abschnitten wird ein Überblick über dieIndikatorfindung auf internationaler, europäischer undnationaler Ebene gegeben und auf relevante Indikatorenfür die Landwirtschaft eingegangen.

Internationale und europäische Indikatorensammlungen

Zu den wichtigsten internationalen Quellen für Nachhal-tigkeitsindikatoren gehören die Arbeiten der VereintenNationen, der Weltbank (2000) und des World ResourcesInstitute (2001). Die CSD der Vereinten Nationen hat 1995mit der Entwicklung von Nachhaltigkeitsindikatoren be-gonnen. Orientiert an den 40 Kapiteln der Agenda 21 undstrukturiert nach dem „Driving Force-State-Res-ponse“(DSR)-Schema hat die CSD einen Satz von 138 In-dikatoren zur Erprobung in 20 ausgesuchten Ländern, da-runter auch Deutschland, ausgewählt. Dabei wurdenjeweils nur die vor dem Hintergrund nationaler Prioritä-ten, Probleme und Ziele relevanten Indikatoren zur Er-probung herangezogen. Die für den Bereich Landwirt-schaft bedeutsamen Nachhaltigkeitsindikatoren sindnachfolgend (s. Kasten) dargestellt, decken aber im We-sentlichen nur den Umwelt- und Naturschutz ab.

Landwirtschaft und ländlicher Raum

– Einsatz von Pflanzenschutzmitteln (PSM-Risiko-Indikator) (AI)

– Einsatz von Düngemitteln (AI)

– Nährstoffbilanzüberschüsse (AI)

– Energieeinsatz in der Landwirtschaft (AI)

– Landwirtschaftlich genutzte Fläche pro Kopf (ZI)

– Landwirtschaftliche Ausbildung (MI)

– Flächenanteil besonders extensiver Landbewirtschaftung an LF (MI)

– Flächenanteil des ökologischen Landbaus an LF (MI)

– Flächenanteil nachwachsender Rohstoffe an LF (MI)

Erhaltung der biologischen Vielfalt

– Veränderung der Landnutzung (AI)

– Anteil bedrohter u. ausgestorbener Tier- u. Pflanzenarten an einheimischer Artenzahl (ZI)

– Anteil gefährdeter Kulturpflanzensorten an der jeweiligen Gesamtzahl (ZI)

– Anteil gefährdeter u. ausgestorbener Biotope an Gesamtzahl der vorkommenden Biotoptypen (ZI)

– Index für Ökosystemveränderungen (z. B. Leitvogelarten) (ZI)

– Flächenanteil des integrierten Landbaus an LF

– Flächenanteil des ökologischen Landbaus an LF (MI)

Nachhaltige Bewirtschaftung empfindlicher Ökosysteme, hier: Berggebiete

– Nachhaltigkeitsindikatoren, z. B. für Alpenregionen, sind noch nicht entwickelt


AI = Anforderungsindikator; ZI = Zustandsindikator; MI = MaßnahmenindikatorQuelle: nach Werner/Christen 2004, S. 32, geändert

Planung und Bewirtschaftung von Bodenressourcen

– Änderung des Landzustands (Bodenerosion) (ZI)

– Anteil der Böden mit hohen Stickstoffeinträgen (Stoffbilanzen) (ZI)

Schutz der Süßwasserressourcen

– Jährliche Entnahme von Grundwasser und Oberflächenwasser (AI)

– Einsatz von Pflanzenschutzmitteln/PSM-Risiko-Indikator (AI)

– Einsatz von Düngemitteln/Nährstoffbilanzüberschüsse (AI)

– Emissionsmengen Versauerung auslösender Luftschadstoffe (AI)

– Intensität der Nutzung der Wasserressourcen (Fördermenge zu Dargebot) (ZI)

– Belastung des Grundwassers mit Nitrat, PSM, versauerungsrelevanten Parametern (ZI)

– Belastung von Oberflächengewässern mit Gesamt-N, Gesamt-P, AOX, TOC (Güteklasse II) (ZI)

– Belastung von Oberflächengewässern mit PSM (ZI)

– Flächenanteil von extensiver Landbewirtschaftung u. ökologischem Landbau (MI)

Schutz der Ozeane, Meere und Küstengebiete

– Einleitung von Stickstoff und Phosphat in Küstengewässer (AI)

Schutz der Erdatmosphäre (Treibhauseffekt, Ozonabbau, Luftbelastung)

– Emission von Treibhausgasen als CO2-Äquivalente (AI)

– Anteil erneuerbarer Energiequellen am Primärenergieverbrauch (AI)

– Fördermittel für erneuerbare Energien (MI)

Umgang mit gefährlichen Chemikalien

– Emissionen von Chemikalien aus der Landwirtschaft (z. B. Cadmium, Dioxine) (AI)

Veränderung der Konsummuster

– Marktanteil von Lebensmitteln aus ökologischem Anbau (AI)

Wissenschaft im Dienst einer nachhaltigen Entwicklung

– In FuE tätige Wissenschaftler und Ingenieure pro Mio. Einwohner (MI)

Die gesamte Anzahl der CSD-Indikatoren wurde inzwi-schen auf einen Satz von 25 Indikatoren reduziert. Darinenthalten sind nur noch zwei für den Bereich Landwirt-schaft relevante Indikatoren, der Umfang an Acker- undDauerkulturflächen und der Verbrauch an Dünge- undPflanzenschutzmitteln.

Zur Operationalisierung von Nachhaltigkeit wurden 1993von der OECD Umwelt-Schlüsselindikatorensets (auchfür den Bereich Landwirtschaft) entwickelt und 1998durch rund 50 sozioökonomische Indikatoren ergänzt(Kopfmüller et al. 2001, S. 323). Die langjährigen Aktivi-täten bei der OECD im Bereich Landwirtschaft haben

2001 zu einem ersten Satz von Indikatoren für folgendeBereiche geführt (OECD 2001):

– soziokulturelle Aspekte (Landnutzung, Bevölkerung),

– Betriebsführung (Nährstoffe, Pestizide, Bewässerung,Zertifizierung),

– Nährstoffeinsatz (Stickstoffbilanzen),

– Pflanzenschutzmittelverbrauch (Wirkstoffmittelstatis-tik, Umweltrisiko)

– Wasserverbrauch (Landwirtschaft),


– Änderungen der Flächennutzung (Flächenstilllegungusw.),

– Bodenqualität (Bodenerosion durch Wasser undWind),

– treibhauswirksame Gase (Kohlendioxid, Methan, Dis-tickstoffoxide),

– biologische Vielfalt (innerartlich, zwischenartlich, aufÖkosystemebene),

– natürliche und naturnahe Flächen (Hecken u. Biotop-verbund usw.),

– Landschaft (Typisierung, Bewertung, Strukturierung,Biotopkartierung).

Weitere auf EU-Ebene definierte Agrarumweltindikato-ren finden sich in den Berichten der Europäischen Um-weltagentur (EEA 2000, 2001, 2002, 2004) und beimEuropäischen Statistischen Amt (EUROSTAT), das Zah-lenreihen zur Landwirtschaft, Umwelt und ländlichenEntwicklung erfasst und veröffentlicht, welche meist dieBasis für Agrarumweltindikatoren darstellen.

Auf EU-Ebene haben Agrarumweltindikatoren v. a. seitdem Europäischen Rat von Cardiff (1998) an Bedeutunggewonnen. Der Rat beauftragte die EU-Kommission, In-dikatoren zu erarbeiten, um beurteilen zu können, inwie-weit Umweltbelange in die Landwirtschaft integriert wur-den. Im Jahr 2000 legte die EU-Kommission einen erstenEntwurf eines Sets an Indikatoren für die Integration vonUmweltbelangen in die Gemeinsame Agrarpolitik vor. Inder Folge wurden diese EU-Agrarumweltindikatoren„IRENA-Indikatoren“ (Indicator Reporting on the Inte-gration of Environmental Concerns into Agricultural Po-licy) genannt und in den Jahren 2003 bis 2005 weiterent-wickelt. Basis der Arbeiten war das „Memorandum ofUnderstanding“ (MoU) zur Indikatorenentwicklung, daszwischen der Europäischen Kommission und der Euro-päischen Umweltagentur (EEA) abgeschlossen wurde.Seit Mai 2005 liegen als Ergebnisse vor, die federführendvon der EEA erarbeitet wurden:

– Indikatorenbericht zu 35 IRENA-Indikatoren für dieEU-15 („indicator report“),

– Indikatorenfaktenblätter zu 35 IRENA-Indikatoren,

– Bericht über die Integration von Landwirtschaft undUmwelt für die EU-15.

Zu den diskutierten 35 IRENA-Agrarumweltindikatorender EU – tatsächlich sind es mehr, da diese z. T. in meh-rere Einzelindikatoren zerfallen – gehören u. a. der Ver-brauch an Mineraldünger und Pflanzenschutzmitteln unddie ökologisch bewirtschafte Fläche (EEA 2005). Indika-toren zur Operationalisierung der ökonomischen und dersozialen Dimension nachhaltiger Entwicklung in derLandwirtschaft liegen nicht vor.

Nationale Nachhaltigkeitsindikatoren

Neben den zur Erprobung herangezogenen CSD-Indika-toren sind in Deutschland weitere Indikatorenlisten ent-wickelt worden. An erster Stelle zu nennen sind hier die

25 Indikatoren der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie,anhand derer die Verbesserung des Nachhaltigkeitszu-stands abgelesen werden soll. Unter diesen finden sichfolgende Indikatoren mit Bezug zur Landwirtschaft:

– Anteil des ökologischen Landbaus,

– Stickstoffbilanzüberschuss auf Sektorebene,

– Artenvielfalt,

– Klimaschutz (Emissionen von Treibhausgasen),

– Erneuerbare Energien (energetische Nutzung von Bio-masse),

– Flächeninanspruchnahme (Flächennutzungskonkur-renz),

– Luftqualität (Emission von NH3 oder NOx).

Die Beurteilung der nachhaltigen Entwicklung der Land-wirtschaft anhand des Indikators „Anteil des ökologi-schen Landbaus“ wurde kritisiert, u. a. weil selbst beioptimistischer Einschätzung in absehbarer Zeit nur einvergleichsweise geringer Teil der landwirtschaftlichenNutzfläche nach den Vorgaben des ökologischen Land-baus bewirtschaftet werden wird. Der weitaus größte Teilder Landwirtschaft bleibt somit unberücksichtigt. Außer-dem gibt es auch andere Wege zur Erreichung einer nach-haltigen Landwirtschaft, die mit diesem Indikator nichterfasst werden.

Aufgrund internationaler Vereinbarungen gibt es eineReihe umwelt- und naturschutzrelevanter Ziele und Indi-katoren mit Relevanz für die Landwirtschaft, derenNichteinhaltung zum Teil mit Sanktionen belegt ist(Tab. 14). Im Vergleich zum Umwelt- und Naturschutz istder Prozess der Ziel- und Indikatorenfindung hinsichtlicheiner ökonomisch nachhaltigen Entwicklung der Land-wirtschaft noch im Fluss. Welcher Indikator als geeigneterachtet wird, hängt sehr stark von der betrachteten räum-lichen Ebene ab. Auf der Ebene des landwirtschaftlichenBetriebes wird der Gewinn als Indikator diskutiert, aller-dings hängt die Gewinnentwicklung erheblich von denErträgen und Kosten ab. Alternativ hierzu werden alsmögliche Indikatoren die Existenzfähigkeit der landwirt-schaftlichen Betriebe sowie die Sicherung von Arbeits-plätzen im ländlichen Raum genannt (Werner/Christen2004, S. 63).

Auf der Ebene einzelner Produktionsverfahren könnte derDeckungsbeitrag (Leistungs- und Kostenrechnung) eingeeigneter Indikator zur Bewertung der ökonomischenEffizienz darstellen. Durch Einbeziehung weiterer Indika-toren könnten hier auch die ökologische Effizienz und„trade-offs“ zwischen den Indikatoren ermittelt werden(Müller et al. 2000, nach Werner/Christen 2004, S. 63).Ein weiterer zur Diskussion gestellter Indikator aus demökonomischen Bereich ist die „optimale spezielle Intensi-tät“. Bei dieser Größe wird die Höhe des Faktoreinsatzes– meist Dünge- oder Pflanzenschutzmittel – der damit er-zielten Ertragssteigerung gegenübergestellt. Entscheidendfür die Höhe der optimalen speziellen Intensität sindwieder die Preise und Kosten eines spezifischen Produk-tionsverfahrens. Es lassen sich dabei allerdings wichtige


Ta b e l l e 14

Umwelt- und naturschutzrelevante Ziele und Indikatoren mit Relevanz für die Landwirtschaft

Quelle: nach SRU 2004, S. 180, geändert

Indikator Ziel QuelleAnteil Ökolandbau an LF

Steigerung von 4,3 % (2004) auf 20 % bis 2010 Nachhaltigkeitsstrategie Bundesregierung 2002

Verringerung des Nähr- und Schad-stoffeintrags in Öko-systeme

Reduzierung des N-Überschusses in der Sektorbilanz von 117 auf 80 kg bis 2010Reduktion der PSM-Aufwendungen um 30 %Reduktion der PSM-Aufwendungen um 15 % in 10 Jahren

Nachhaltigkeitsstrategie Bundesregierung 2002SRU 2004Agrarministerkonferenz 2005

Verbesserung der Trinkwasserqualität

Nitrat-Grenzwert: 50 mg/lNitrat-Richtwert: 25 mg/lPSM-Einzelwert: 0,1 µg/lPSM-Summenwert: 0,5 µg/l

flächendeckend 40 mg/l Nitrat im Grundwasser bis 2030

EG-Trinkwasser-Richtlinie 80/778/EWG, Trinkwasser-VO, EG-Wasserrahmen-Richtlinie, Grundwasser-RichtlinieSRU 2002

Verbesserung der Qualität der Ober-flächengewässer

Halbierung der P- und N-Einträge in die Nord- und Ostsee im Vergleich zu 1985 guter chemischer u. ökologischer Zustand aller Gewässer

Grünlanderhaltung in Überschwemmungsgebieten

OSPAR- u. HELCOM-Kon-vention 1992, SRU 2004Wasserrahmen-Richtlinie 2000/60/EGBNatSchG 2002

Bodenschutz Schutz des Bodens vor Erosion, Gefügeschäden und Humus-abbau

Grünlanderhaltung auf erosionsgefährdeten HügelnGrenzwerte für Schadstoffbelastung beaufschlagter Böden mit sekundären Rohstoffen

Bundes-Bodenschutzgesetz (1998), BNatSchG 2002; Direktzahlungen-Verpflich-tungen-VOBNatSchG 2002Abfall-Klärschlamm-VO, Bodenabfall-VO

Klimaschutz Reduzierung der Emissionen klimarelevanter Gase von 1990 bis 2010 um 21 %

Kyoto-Protokoll

Schutz vor Eutrophierung und Versauerung

Senkung der Ammoniakemissionen von 600 auf max. 550 kt bis 2010

NEC-Richtlinie 2001/81/EG

Schutz nicht erneu-erbarer Ressourcen

Steigerung des Anteils Biomasseenergie am Primärenergie-verbrauch

EEG

Erhalt von halb-natürlichen u. natür-lichen Biotopen

7 bis 10 % der Gesamtfläche als extensiv genutzte halbnatür-liche Biotope3 bis 5 % der Gesamtfläche als natürliche und naturnahe BiotopeErhaltung von Grünland auf Standorten mit hohem Grund-wasserstand u. MoorstandortenPufferzonen von bis zu 300 m Breite zw. empfindlichen Biotopen und intensiv genutzter LF

SRU 2002

SRU 2002

BNatSchG 2002

SRU 2002

Biotopverbund nationaler Biotopverbund auf mind. 10 % der GesamtflächeErhalt und Vermehrung von Landschaftselementen, Festlegung regionaler Mindestdichten durch die LänderUmsetzung des Netzes NATURA 2000

BNatSchG 2002BNatSchG 2002

FFH-Richtlinie 92/43/EWGhistorisch und ästhetisch wertvolle Landschaften

Orientierung an konkreten Flächenanweisungen der Land-schaftsplanungEntwicklung einer Liste der wertvollen Kulturlandschaftstypen

Europäische Landschafts-konventionSRU 2002


Informationen zum rentablen Einsatzniveau von Betriebs-mitteln auf der Ebene einzelner Produktionsverfahren ge-winnen.

Die Entwicklung von Indikatoren für die Förderung dersozialen Komponente einer nachhaltigen Entwicklung derLandwirtschaft steht noch am Anfang. Folgende sozialeIndikatoren stehen zur Diskussion: der Wohlfahrtsindex,die Einkommensverteilung, der Anteil der in der Land-wirtschaft Beschäftigten, Möglichkeiten für Weiterbil-dung, regionale Wohlstandsparameter, die Ausgestaltungvon partizipatorischen Entscheidungsprozessen auf regio-naler Ebene und die Freizeitgestaltung der Landwirte aberauch das Ansehen der Landwirtschaft in der Gesellschaftbzw. bei den Verbrauchern sowie die Attraktivität deslandwirtschaftlichen Berufsbildes (Werner/Christen 2004,S. 65). Diese Vielzahl sehr heterogener Indikatoren ist fürdie derzeitige wissenschaftliche Diskussion symptoma-tisch und unterstreicht die erheblichen Schwierigkeiten,die mit der Messung von sozialen Gesichtspunkten imRahmen der Nachhaltigkeit verbunden sind (Mansvelt1997 u. Hurni 2000, nach Werner/Christen 2004, S. 66).

3. Einfluss von Precision Agriculture auf wesentliche Nachhaltigkeitsdefizite

In diesem Kapitel wird der Versuch unternommen, denEinsatz von PA in den oben ausgeführten Kontext einernachhaltigen Entwicklung der Landwirtschaft einzuord-nen. Dies ist ein problematisches Unterfangen, da zum ei-nen der unzureichende Wissensstand über PA die Ablei-tung verallgemeinerbarer Aussagen erschwert. Zumanderen ist nicht geklärt, welches Nachhaltigkeitskonzeptzur Einordnung von PA herangezogen werden kann undwie eine ökonomisch und sozial nachhaltige Landwirt-schaft aussehen soll. In der Literatur finden sich zwar ei-nige Arbeiten mit Aussagen zur Bedeutung von PA imKontext von Nachhaltigkeit (u. a. Ancev et al. 2004, Bon-giovanni/Lowenberg-DeBoer 2004, Leiva et al. 1997, vanSchilfgaarde 1999 nach Werner/Christen 2004). DieseArbeiten haben aber einen unterschiedlichen und zudemoft eingeschränkten Blick auf die Gesamtwirkung vonPA. Untersuchungen, die PA hinsichtlich ihrer Bedeutungfür die nachhaltige Entwicklung der Landnutzung syste-matisch und integrativ bewerten, liegen nicht vor. Es istdaher nicht erstaunlich, dass die Diskussionen über denBeitrag von PA zur Erreichung einer nachhaltigen Land-wirtschaft teilweise heterogen geführt werden.

Vor diesem Hintergrund beschränken sich die nachfol-genden Aussagen auf die Darstellung der Potenzialebestimmter PA-Anwendungen zur Verringerung wesentli-cher Nachhaltigkeitsdefizite pflanzlicher Produktionsver-fahren. Die ökologischen Nachhaltigkeitsdefizite nehmendabei einen vergleichsweise großen Raum ein, da diepflanzliche Erzeugung zwangsläufig mit Eingriffen in dieUmwelt einhergeht und hier mehr Klarheit über die rele-vanten Ziele und Indikatoren sowie die Entlastungspoten-ziale von PA besteht als bei den ökonomischen und sozia-len Aspekten. Im Anschluss werden die Beiträge von PA-Anwendungen zur Verringerung folgender Nachhaltig-keitsdefizite analysiert:

– Stickstoffüberschüsse,

– Phosphatverbrauch und -eintrag in Oberflächengewäs-ser,

– Anwendung von Pflanzenschutzmitteln,

– Verbrauch fossiler Energieträger,

– Beeinträchtigung der Bodenfunktionen,

– Verlust an Biodiversität,

– niedriges Einkommen und sinkende Beschäftigungs-möglichkeiten in der Landwirtschaft und im ländli-chen Raum.

Stickstoffüberschüsse

Stickstoff ist ein zentraler und preiswerter Pflanzennähr-stoff mit hoher Ertragswirksamkeit. Aus diesem Grundund weil die Produktionsfunktion vom Witterungsverlaufabhängig ist, wird in der landwirtschaftlichen Praxis eheretwas zu viel als zu wenig Stickstoff gedüngt. Dennochist es in Deutschland gelungen, den Verbrauch an miner-alischem Stickstoffdünger in den letzten Jahren deutlichzu verringern: Er lag im Wirtschaftsjahr 2003/2004 mitrund 1,82 Mio. t um etwa 25 Prozent unter dem Stand von1989/1990 (DBV 2004). Auch die auf Sektorebene bilan-zierten Stickstoffüberschüsse30 sind um ca. 8 Prozent auf105 kg N/ha (verglichen mit dem Mittel der Jahre 1996bis 2000) gesunken (Fortschrittsbericht der Bundesregie-rung 2004). Da gleichzeitig die Erträge gesteigert werdenkonnten, ist davon auszugehen, dass auch die Stickstoff-effizienz verbessert wurde.

Ziel der alten Bundesregierung war die Reduzierung desStickstoffüberschusses in der Sektorbilanz auf 80 kg N/habis 2010. Die Differenz zwischen dem Istzustand unddem Zielwert zeigt, dass es weiterer Maßnahmen bedarf,um die Stickstoffüberschüsse landwirtschaftlich genutzterFlächen zu verringern. Handlungsbedarf besteht weiter,weil Deutschland sich in verschiedenen Abkommen undRichtlinien verpflichtet hat, die diffuse Gewässerbelas-tung mit Stickstoffverbindungen zu reduzieren (Halbierungder N-Einträge in die Nord- und Ostsee im Vergleich zu1985 gemäß OSPAR- u. HELCOM-Konvention von 1992,und weil dieses Ziel noch nicht erreicht wurde. WeitereNachhaltigkeitsziele, die in direktem Zusammenhang mitden Stickstoffüberschüssen der Landwirtschaft stehen, sinddie weitere Verringerung der Nitratbelastung des Grund-wassers auf unter 50 mg/l (Richtwert: 25 mg/l) (EU-Grundwasser-Richtlinie 80/68/EWG) und die Herbeifüh-rung eines flächendeckend guten Zustands aller Gewässerbis 2015 (EG-Wasserrahmen-Richtlinie 2000/60/EG).

Zu den Maßnahmen, die zu einer Verringerung der Stick-stoffüberschüsse und zu einer Verbesserung der Stickstoff-

30 Die Eignung von einfachen Stickstoffbilanzen als Maßstab für dasAuswaschungspotenzial und die tatsächliche Belastung wird von ver-schiedenen Arbeitsgruppen differenziert beurteilt. Große methodi-sche Schwierigkeiten bestehen weiterhin in der korrekten Quantifi-zierung der Wirkung von Wirtschaftsdüngern und gasförmigenVerlusten in Form von N2O und N2.


effizienz führen können, gehören u. a.: Verringerung desDüngemitteleinsatzes, Verbesserung des Stickstoffma-nagements, Verfahren zur standortund bedarfsgerechtenAusbringung von Stickstoffdünger und emissionsarme La-gerung und Ausbringung von Wirtschaftsdünger. EineReduzierung der Stickstoffüberschüsse wird darüber hi-naus von einer Ausdehnung des Ökolandbaus erwartet, dahier aufgrund der Beschränkung auf Wirtschaftsdüngerdie flächenbezogenen Stickstoffüberschüsse mit 60 kg/ha(Haas 1995) deutlich niedriger ausfallen als im konven-tionellen Landbau. Außerdem konnte gezeigt werden,dass auch die Nitratausträge bei ökologischer Bewirt-schaftung geringer ausfallen als bei konventioneller(Haas 2001; Haas et al. 2001). Da der Ökolandbau aberbislang nur wenige Prozent der landwirtschaftlich genutz-ten Fläche abdeckt, würde dieser auch bei einer weiterenAusdehnung nicht ausreichen, um die zur Zielerreichungerforderliche substanzielle Verringerung der Stickstoff-überschüsse zu bewerkstelligen. Gleichwohl kann siehierzu einen Beitrag leisten.

Überhöhte Nährstoffsalden bei einer rein mineralischenStickstoffversorgung sind eher ein Managementproblem,das in feldinternen Standortheterogenitäten, Risikozu-schlägen für (witterungsbedingte) Produktionsunsicher-heiten und Qualitätsansprüchen seitens der Verarbeitung(z. B. Qualitätsweizen) begründet ist. Insbesondere indiesem Problembereich könnte PA einen Beitrag zur Ver-besserung der N-Effizienz leisten. Beim gegenwärtigenStand von Forschung und Entwicklung lässt sich durchteilflächenspezifische Düngung die Menge an minerali-schem Stickstoffdünger im Durchschnitt um 14 kg N/haverringern, bei konstanten oder um bis zu 6 Prozent er-höhten Erträgen. Dies entspricht einer Verbesserung derN-Effizienz um 10 bis 15 Prozent. Würde PA flächende-ckend zur Ausbringung von mineralischen N-Düngerneingesetzt, so könnte hierdurch zwar das Nachhaltigkeits-ziels der alten Bundesregierung (80 kg N/ha) nicht er-reicht werden, aber immerhin könnten die nationalenStickstoffüberschüsse um ca. 13 kg N/ha verringert wer-den. In wieweit dieses Betriebsmitteleinsparpotenzial vonPA und die damit verbundene Verbesserung der N-Effi-zienz tatsächlich realisiert werden können, hängt u. a.davon ab, ob es gelingt, praxistaugliche N-Düngungs-Entscheidungssysteme zu entwickeln, die die Besonder-heiten von Standort, Witterung, Kulturart, Ertragsniveauund Nutzungsrichtung hinreichend genau quantifizierenkönnen.

Die teilflächenspezifische Stickstoffdüngung kann zu ei-ner besser an die Standortverhältnisse und den Bedarf desPflanzenbestands angepassten Mineraldüngerausbrin-gung und zu einer Verringerung der damit verknüpftenökologischen Nachhaltigkeitsdefizite führen. Die wesent-lichen Gründe für die immer noch erheblichen Stickstoff-überschüsse in der nationalen Gesamtbilanz liegen aller-dings weniger in der meist bedarfsgerechten Ausbringungmineralischer N-Dünger, sondern vielmehr in der regio-nal ungleichmäßigen Verteilung der Tierhaltung und imlokal konzentrierten Anfall von Wirtschaftsdünger sowieeiner schlechten N-Nutzungseffizienz bei den Wirt-schaftsdüngern. Dieses Problem kann jedoch auch durch

die Entwicklung von Verfahren zur teilflächenspezifi-schen Ausbringung von Wirtschaftsdüngern nur bedingtgelöst werden.

Verbrauch und Eintrag von Phosphat in Oberflächengewässer

Die Ausbringung phosphathaltiger Düngemittel hat imWesentlichen zwei Implikationen, die hinsichtlich einernachhaltigen Entwicklung als negativ angesehen werden:Zum einen betrifft dies den Phosphateintrag in Oberflä-chengewässer durch eine nicht angemessene Phosphat-düngung und Bodenerosion. Die bislang noch nicht er-reichte Halbierung der Phosphateinträge in die Nord- undOstsee (im Vergleich zu 1985, s. Tab. 14) zeigt, dass dieEutrophierung aquatischer Ökosysteme durch Phosphoranhält und hier Handlungsbedarf besteht. Die vorwiegenddurch die Landwirtschaft verursachten diffusen Phosphat-einträge in Fließgewässer (v. a. über die Bodenerosiondurch Wasser) waren zwischen 1993 und 1997 für zweiDrittel (ca. 66 Prozent) der gesamten Phosphateinträgeverantwortlich (Behrendt et al. 1999).

Zum anderen trägt die mineralische Phosphatdüngungmaßgeblich zur Verringerung der endlichen Phosphatvor-räte bei. Der Abbau der Phosphatlagerstätten ist zu90 Prozent eine Folge des Phosphatbedarfs für dieProduktion von Düngemitteln (Mengel 1997, nach Lin-denthal 2000). Die Reichweite des weltweiten Phos-phatvorkommens wird zwischen 88 (Anonym 1976) undbis zu 500 Jahren (Finck 1992) eingeschätzt, je nachdemwelche Verbrauchszuwachsraten unterstellt und ob Phos-phatlagerstätten31, deren Erschließung zum heutigen Zeit-punkt noch unwirtschaftlich ist, einberechnet werden. Eswird vermutet, dass die weltweiten Phosphatvorräte nichteinmal mehr 100 Jahre reichen werden, wenn der Phos-phatverbrauch der Entwicklungsländer ansteigt.

Ein weiteres Nachhaltigkeitsdefizit der Phosphatdüngungstellt die damit einhergehende diffuse Schwermetallbelas-tung landwirtschaftlich genutzter Flächen dar. Die alsAusgangsstoffe mineralischer Phosphatdünger verwende-ten Rohphosphate32 und die daraus hergestellten Dünge-mittel enthalten je nach Herkunft z. B. hohe Gehalte dertoxischen Elemente Cadmium und Uran. Vor allem Sedi-mentsgesteine, die ungefähr 87 Prozent der Phosphat-Weltvorräte ausmachen, weisen erhöhte Cadmiumgehalteauf (Dachler 2002). Mit zunehmendem Verbrauch anPhosphat ist mit einer steigenden Cadmiumbelastung derPhosphatdüngemittel zu rechnen. Deshalb und wegen derBedeutung landwirtschaftlicher Böden für die Nahrungs-produktion – der Mensch nimmt Schwermetalle zu über75 Prozent mit der pflanzlichen Nahrung zu sich – habendie deutschen Agrar- und Umweltminister 2001 in

31 Infolge der langjährigen hohen Phosphatdüngung werden die welt-weiten Phosphatvorräte in landwirtschaftlich genutzten Böden (0 bis50 cm) um das 17- bis 50fache höher eingeschätzt als alle Phosphat-lagerstättenvorräte der Welt zusammen (Pagel 1987; Scheller 1993).

32 Insbesondere der ökologische Landbau setzt derartige Rohphosphateein, der integrierte Landbau nutzt u. a. Phosphatdünger aus aufberei-teten Phosphorquellen.


Potsdam beschlossen, dass es durch Bewirtschaftungsmaß-nahmen zu keiner weiteren Anreicherung von Schadstoffenim Boden kommen darf. Um dieses Ziel zu erreichen, wur-den die zulässigen Cadmiumgehalte in phosphathaltigenMineraldüngemitteln durch eine Änderungsverordnungbegrenzt.

Überhöhte Düngungsempfehlungen und die unzurei-chende Berücksichtigung des Phosphats aus Wirtschafts-dünger haben in der Vergangenheit dazu geführt, dass esin Deutschland zu Phosphatüberdüngungen von imDurchschnitt 13 bis 25 kg P/ha/Jahr und Jahr kam(Harenz et al. 1992). Die Folge davon ist, dass 36 Prozentder landwirtschaftlich genutzten Flächen mit Phosphatüberversorgt sind (LUFA Rostock 2005). Weitere26 Prozent der Flächen (meist extensiv genutzte Grün-landflächen) sind mit Phosphat unterversorgt und nur38 Prozent sind optimal versorgt. Die Versorgung land-wirtschaftlich genutzter Böden mit Phosphat bedarf alsoeiner weiteren Optimierung. Darüber hinaus gilt es denWirkungsgrad des Phosphateinsatzes, der heute bei weni-ger als 32 Prozent liegt (Agroscope 2004), zu steigern.

Veränderte agrar- und umweltpolitische Rahmenbedin-gungen (z. B. Flächenstilllegung), und eine andere Dün-gungsberatung und Düngungspraxis haben zu einemRückgang des Absatzes von Phosphatdüngern inDeutschland – von rund 670 000 t im Jahr 1990 auf rund350 000 t im Jahr 2000 – geführt (UBA 2002). Auch dieAusdehnung des ökologischen Landbaus hat zu einer Ver-ringerung des Phosphatverbrauchs geführt, da er eine na-hezu ausgeglichene Phosphatbilanz hat und bei deutlichgeringerem Einsatz von Rohphosphaten weniger Phos-phat im Boden akkumuliert.

Auf europäischer Ebene wird Phosphat aus landwirt-schaftlichen Quellen in den rechtlichen Regelungsansät-zen nicht berücksichtigt (SRU 2004, S. 216). Auch aufnationaler Ebene gibt es kaum Regelungsansätze für dieLandwirtschaft. So sieht die bestehende Düngeverord-nung für die Ausbringung von Wirtschaftsdünger auf mitPhosphat hoch versorgten Böden lediglich eine nicht sehrweitgehende Begrenzung der Phosphatdüngung vor. Zu-dem entstehen Gewässerbelastungen mit Phosphat bei derlandwirtschaftlichen Nutzung v. a. durch Erosion, wes-halb eine allgemeine Begrenzung der Phosphatdüngungallein nicht zielführend ist. Dennoch werden flächenbezo-gene Obergrenzen für Phosphat (SRU 1996) und einnachhaltiger Umgang mit Phosphatdüngern gefordert.

Für einen nachhaltigen Einsatz von Phosphatdüngern,gibt es verschiedene Verfahren und Techniken: z. B.Züchtung von Pflanzensorten, die besonders effizient beider Mobilisierung und Aufnahme von Phosphat aus demBoden sind, Steigerung der Phosphateffizienz der Tier-produktion und neue Verfahren zum Recycling von Phos-phat (z. B. aus Klärschlämm) (BMBF 2005b). Bei derAusbringung phosphathaltiger Düngemittel sollte dieDüngung nach Entzug erfolgen und nur dann durchge-führt werden, wenn der pflanzenverfügbare Phosphatge-halt des Bodens unterhalb einer bestimmten Konzentra-tion liegt. Bei der Ermittlung des Versorgungszustands

soll die räumliche Variabilität der Phosphatgehalte zu-künftig stärker berücksichtigt werden.

Der Einsatz von PA zur teilflächenspezifischen Ausbrin-gung von Phosphat kann dies leisten und so zum Abbaulokaler Phosphatüberschüsse beitragen. Allerdings ist da-bei zu bedenken, dass zum einen der Absatz an Phosphat-düngern in Deutschland in den vergangenen Jahren be-reits deutlich zurückgegangen ist und nur noch ein Drittelder landwirtschaftlich genutzten Flächen mit Phosphatüberversorgt ist. Zum anderen sind die flächenspezifi-schen Phosphatbilanzen reiner Ackerbaubetriebe über-wiegend ausgeglichen. Die Nachhaltigkeitsprobleme beimUmgang mit Phosphat treten – analog zu Stickstoff – ins-besondere in Gebieten mit hohen Viehbesatzdichten undkonzentriertem Aufkommen an Wirtschaftsdünger auf.Verfahren zur teilflächenspezifischen, standortund be-darfsgerechten Ausbringung von Wirtschaftsdüngerkönnten hier helfen, stecken aber noch in einer frühenPhase der Entwicklung.

Anwendung von Pflanzenschutzmitteln

Die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) isteine wichtige Maßnahme zur Sicherung der Erträge undder Nahrungsmittelqualität. Andererseits sind einige PSMhumantoxisch, andere stehen im Verdacht, krebserzeu-gend oder hormonell wirksam zu sein, und manche (meistältere Substanzen) bauen sich in der Umwelt nur langsamab und stellen als „gebundene Rückstände“ eine Lang-zeithypothek im Boden dar bzw. können sich in der Nah-rungskette anreichern (SRU 2004, S. 227). Darüberhinaus kann die Ausbringung von PSM zu Umweltbelas-tungen führen, da PSM durch Verwehungen, Verdunstungmit nachfolgendem Niederschlag oder Abdrift in benach-barte Biotope bzw. in Oberflächengewässer33 und durchVersickerung ins Grundwasser gelangen können.

Von Mitte der 1980er Jahre bis zu Beginn der 1990erJahre gab es einen signifikanten Rückgang des PSM-Ein-satzes bedingt durch einen verstärkten Einsatz von Mit-teln mit geringen Wirkstoffkonzentrationen und eine Ver-besserung der Sprühtechnik (Meyer 2002, S. 9). Seitdemverharrt der Absatz von PSM in Deutschland bei rund34 000 t vermarktetem Wirkstoff im Jahr 2001 (BMVEL2002, S. 81).34 Dies entspricht einem Verbrauch von ca.2 kg Wirkstoff/ha/Jahr landwirtschaftlicher Nutzfläche(UBA 2003b). Über den Inlandsabsatz von PSM-Wirk-stoffmengen kann allerdings nicht unmittelbar auf denflächenspezifischen Verbrauch geschlossen werden, dadie Mengen je nach Standort, Kulturpflanze, Anbauart,Fruchtfolge und Witterung z. T. erheblich variieren kön-nen und die PSM häufig über mehrere Jahre hinweg bei

33 Zwischen 1996 und 2000 wurde in deutschen Flüssen bei über einemViertel der Messstellen der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser PSM-Wirkstoffe oder ihre Metabolite nachgewiesen (SRU 2004, S. 228). Beiden PSM-Funden zeigt sich in den letzten Jahren eine Stagnation derFundhäufigkeit; im Grundwasser sind die Funde sogar von 5 auf 0,1 Pro-zent zurückgegangen (UBA 2004).

34 Seit kurzem deutet sich ein weiterer Rückgang in der abgesetztenWirkstoffmenge an (UBA 2005).


den Landwirten gelagert werden. Um die Informations-basis zur PSM-Anwendung zu verbessern, fordert das no-vellierte Bundesnaturschutz-Neuregelungsgesetz vom25. März 2002 von der Landwirtschaft eine feldspezifi-sche Dokumentation über den Einsatz von Pflanzen-schutzmitteln (und auch Düngern) nach Maßgabe deslandwirtschaftlichen Fachrechts („gute fachliche Praxis“)zu führen.

Angaben über die PSM-Ausbringungsmenge erlaubennur eine begrenzte Aussage über die damit verbundenenUmweltrisiken, da hierfür die Wirkungsintensität undPersistenz der Verbindungen maßgebend sind. GeringeAufwandmengen und leichte Abbaubarkeit verringerndas Risiko, dass PSM ins Grundwasser gelangen. Ande-rerseits können moderne PSM aus ökotoxikologischerSicht trotz geringerer Dosierung das gleiche Gefähr-dungspotenzial wie ältere PSM in hoher Dosierung auf-weisen. Deshalb steht die Entwicklung und Anwendunggeeigneter Pflanzenschutzrisikoindikatoren eine wichtigeForschungsaufgabe dar (BBA 2005a). Mit diesen Indika-toren und Modellen zur Errechnung des Umweltrisiko-potenzials (wie z. B. „SYNOPS“ – Synoptische Bewer-tung des Risikopotenzials von PSM-Wirkstoffen –)können Fortschritte bei der Reduktion im Pflanzenschutzbewertet und sichtbar gemacht werden. Weitere in derDiskussion befindliche Indikatoren sind der „Behand-lungsindex auf betrieblicher Ebene“ als Maß für die In-tensität der PSM-Anwendung für einzelne Kulturen undAnbauregionen sowie der „Gehalt an PSM-Rückständenin Lebensmitteln“, gemessen durch die Anzahl der Über-schreitungen von Rückstandshöchstmengen (BBA2005b).

Angesichts der annähernd stagnierenden Absatzzahlenfür PSM und der nach wie vor relevanten PSM-Belastun-gen in Grund- und Oberflächengewässern besteht drin-gender Handlungsbedarf zur Implementierung von Maß-nahmen und Techniken zur weiteren Verringerung desEinsatzes von PSM. Da „das notwendige Maß der An-wendung an PSM zumindest teilweise überschrittenwird“ (BMVEL 2004b, S. 6), wurde 2004 ein „Reduk-tionsprogramm chemischer Pflanzenschutz“ beschlos-sen, u. a. mit dem Ziel, die Anwendung chemischer PSMauf das notwendige Maß zu begrenzen. Auf der Agrar-ministerkonferenz vom März 2005 wurde beschlossen,den Einsatz chemischer PSM in Deutschland in dennächsten zehn Jahren um 15 Prozent zu reduzieren(Agrarministerkonferenz 2005).

Zur Verringerung der ausgebrachten PSM-Menge gibt esverschiedene Wege und Verfahren. Hierzu gehören u. a.die Förderung von Anbaumethoden mit geringem PSM-Bedarf (z. B. integrierter Pflanzenschutz, Ökolandbau),die mechanische Unkraut- und biologische Schädlingsbe-kämpfung, die weitere Verbesserung der Ausbringungs-technik (z. B. durch Veränderung von Düsenform undWasserdruck), die regelmäßige Überprüfung der Spritz-geräte, die Intensivierung der Datenerfassung über Ver-trieb, Ein- und Ausfuhr sowie der PSM-Anwendung so-

wie Verbesserungen der landwirtschaftlichen Beratungund der Kontrollen der PSM-Verwendung.35

Der situationsbedingt optimierte PSM-Einsatz im Rah-men des integrierten Pflanzenschutzes hat weltweit einebeträchtliche Bedeutung erlangt und wird häufig alswichtigste Maßnahme zur Erreichung einer nachhaltigenEntwicklung der Landwirtschaft angesehen. Durch diekonsequente Umsetzung der guten fachlichen Praxis – de-ren Bestandteil der integrierte Pflanzenschutz ist – könnteder PSM-Absatz um rund 30 Prozent verringert werden(SRU 2004). In der Praxis scheitert dieser Ansatz aller-dings z. T. an unzureichend praktikablen Entscheidungs-modellen, bei denen es sich zudem häufig um Systemefür spezifische Schädlinge oder Krankheiten handelt. Sei-tens der Praxis wird darüber hinaus der hohe Kontrollauf-wand für entsprechende Systeme beklagt. In diesemZusammenhang wird deutlich, wie wichtig bei der An-wendung von PSM der Wissenstransfer in die Praxis unddie Ausbildung der Anwender ist: Je größer die Fachkom-petenz, desto geringer ist i. d. R. die Wahrscheinlichkeitvon unsachgemäßer PSM-Anwendung.

Durch eine Ausdehnung des Ökolandbaus kann die An-wendung von PSM deutlich reduziert werden, da dieserein integriertes Pflanzengesundheitsmanagement ver-folgt, das vorrangig alle systeminternen Möglichkeitenzur Förderung der Pflanzengesundheit und des vorbeu-genden Pflanzenschutzes sowie auf die Ausnutzung derSelbstregulationskräfte des Systems in Kombination mitzielkonformen Pflanzenbehandlungsmaßnahmen setzt.Durch das Verbot jeglicher Anwendung chemisch-synthe-tischer PSM im Ökolandbau ist eine Gefährdung durchRückstände aus diesen Wirkstoffen in den Gewässernpraktisch ausgeschlossen.36 Dieses Potenzial des Öko-landbaus wird allerdings durch seine auf wenige Prozentder Anbaufläche beschränkte Anwendung kaum ausge-schöpft.

Der Einsatz von PA könnte nennenswerte – und im Ver-gleich zum Ökolandbau – großflächige Beiträge zumnachhaltigen Einsatz von PSM leisten. So kann die Herbi-zidaufwandmenge bei teilflächenspezifischer Applikationum bis zu 90 Prozent reduziert werden, wenn lediglichvereinzelte Unkrautnester auftreten. Allerdings ist zu be-denken, dass der Umfang der Herbizidanwendung inDeutschland v. a. durch den Getreideanbau (auf 59 Pro-zent der Ackerfläche) bestimmt wird. Für Getreide gibt esjedoch noch kein praxisreifes Verfahren zur teilflächen-spezifischen Herbizidapplikation.

35 Ein erheblicher Teil der PSM-Belastung resultiert aus so genannten„point pollutions“, die im Wesentlichen bei der Reinigung von Pflan-zenschutzspritzen entstehen (Bach/Frede 2003). Hier kann mit ver-gleichsweise geringen Mitteln Abhilfe geschaffen werden, indemRestmengen auf den Flächen verteilt werden und auf dem Waschplatzentsprechende Filtersysteme installiert werden.

36 Das spiegelt sich auch in der Besiedlung der Gewässer mit Tieren wi-der: In Oberflächengewässern, die von ökologisch bewirtschaftetenFlächen umgeben sind, lassen sich wesentlich mehr naturraumtypi-sche Arten nieder (UBA 2001).


Für eine wirtschaftliche Anwendung von PA im Pflanzen-schutz ist die Weiterentwicklung von Methoden undTechniken zur raschen und kostengünstigen Erfassungund Kontrolle von Unkräutern, Krankheiten und Schad-erregern im Bestand erforderlich. Darüber hinaus werdendie Interaktionen zwischen Sortenwahl, Fruchtfolge,Düngung, Saatzeitpunkt usw. sowie standortund witte-rungsspezifische Besonderheiten noch nicht ausreichendin den bisher verfügbaren Systemen zur Entscheidungs-findung berücksichtigt (Werner/Christen 2004, S. 99).Wenn entsprechende Entscheidungsunterstützungsmo-delle verfügbar wären, könnte der Einsatz von PA zu ei-ner besseren Umsetzung des Konzepts des integriertenPflanzenschutzes führen, da hierdurch die Identifizierungvon zeitlich und räumlich definierten Aktionsfeldern miterhöhten Risiken („hot spots“) und die Realisierung vonHot-spot-Managementkonzepten (BBA 2005b) möglichist. Ein weiterer Vorteil des PA-Einsatzes wäre die auto-matische feldbezogene Dokumentation der Anwendungvon PSM.

Verbrauch fossiler Energieträger

Der Anteil der Landwirtschaft am Energieverbrauch derGesamtwirtschaft ist gering und liegt bei etwa 1 Prozent(DBV 2004). Rund 40 Prozent davon stecken als „graue“Energie in Maschinen und Gebäuden. Weitere 50 Prozentdes Bedarfs gehen auf die Nutzung von Elektrizität undfossilbasierten Energieformen (Diesel, Benzin, Heizöl)zurück. Nur rund 6 Prozent des Energieverbrauchs wer-den für die Bereitstellung von landwirtschaftlichen Pro-duktionsmitteln (Dünger, Pflanzenschutzmittel, Futter-mittel, Saatgut) aufgewendet.

Zur Bewertung des Einflusses von PA auf die Energie-bilanz pflanzlicher Produktionsverfahren werden i. d. R.die Indikatoren „Nettoenergiegewinn“ (in GJ/ha) und„Energieeffizienz“ (in GJ Input/GJ Output) verwendet(Fluck 1992; Geier/Köpke 2000; Küsters/Lammel 1999).

Der kulturartspezifische Nettoenergiegewinn pro Flächezeigt einerseits eine deutliche Abhängigkeit von der mi-neralischen Stickstoffdüngung, die den Energiegewinnmaßgeblich bestimmt. Andererseits stellt die Stickstoff-düngung einen wesentlichen energetischen Inputfaktor imPflanzenbau dar und beeinflusst somit deutlich den bilan-zierten Nettoenergiegewinn, dessen Optimum im unterenBereich einer mineralischen Stickstoffdüngung liegt.Diese Gegenläufigkeit führt dazu, dass der energetischoptimale Faktoreinsatz i. d. R. aus einem reduzierten mi-neralischen N-Düngereinsatz in Kombination mit einemertragssichernden Pflanzenschutzmitteleinsatz besteht.Zur Erreichung dieses Optimums kann PA einen Beitragleisten. Darüber hinaus kann durch die teilflächenspezifi-sche Bodenbearbeitung im Vergleich zur flächeneinheitli-chen der Kraftstoffbedarf wesentlich eingeschränkt wer-den (Kap. IV.3).

Zur vergleichenden Bewertung von PA muss der Beitraganderer Verfahren und Techniken zur Verringerung desEnergiebedarfs in der Landwirtschaft betrachtet werden.Eine beträchtliche Verbesserung der Energiebilanz gehtmit dem Pflugverzicht zugunsten von konservierenden

Bodenbearbeitungsverfahren einher, da die tief wendendeBodenbearbeitung eine besonders energieintensive Be-wirtschaftungsmaßnahme ist (Chamen et al. 1996;Clements et al. 1995; Swanton et al. 1996). NennenswerteEnergieeinsparungen sind auch durch den ökologischenLandbau möglich, da dieser – bedingt durch den Verzichtauf Mineraldünger und chemisch-synthetische Pflanzen-schutzmittel – einen deutlich geringen Energieverbrauchals die konventionelle Landwirtschaft hat.

Beeinträchtigungen von Bodenfunktionen

Zu den im Wesentlichen durch landwirtschaftliche Akti-vitäten verursachten Beeinträchtigungen des Bodens undseiner Funktionen gehören u. a. die Bodenerosion und dieUnterbodenverdichtung. Bei der Erosion kann es nebender Verminderung an Ertragspotenzial (durch Verlust derWasserspeicherfähigkeit und Nährstoffnachlieferung) zuso genannten „Off-site-Schäden“ (durch Nährstoffverla-gerung) kommen, die zur Eutrophierung von Ökosyste-men führen können. Die Gefahr von – ebenfalls ertrags-mindernden – Unterbodenverdichtungen kann durch dieNutzung immer leistungsfähiger und damit auch schwererTraktoren und Arbeitsgeräte ansteigen, weil auch bei ei-ner größeren Aufstandsfläche durch breite Reifen einegrößere Tiefenwirkung eintritt. Andererseits könnendurch den Einsatz großer Maschinen auch Bodenverdich-tungen vermieden werden, weil damit die Bewirtschaf-tungsmaßnahmen innerhalb der (oft kurzen) Zeitspanne,in der gute Arbeitsbedingungen herrschen, durchgeführtwerden können.

Die konservierende Bodenbearbeitung stellt ein in derPraxis etabliertes, wirksames Verfahren zur Verringerungder Gefährdung von Böden durch Erosion und Bodenver-dichtung sowie Verlust an organischer Bodensubstanzdar. In den letzten 10 bis 15 Jahren ist eine verstärkte Nut-zung der konservierenden Bodenbearbeitung zu beobach-ten, die u. a. auch eine Folge der damit verbundenenarbeitswirtschaftlichen Vorteile (v. a. bei größeren Betrie-ben) und der Förderung durch Agrarumweltprogrammeist. Bei richtiger Anwendung der nicht wendenden Ver-fahren können damit gleiche, in einigen Fällen sogar hö-here Erträge als bei einer konventionellen Bearbeitungerzielt werden. Allerdings ist die feldund situationsspe-zifische Beurteilung der Eignung des Bodenzustands fürkonservierende Bearbeitungsverfahren noch nicht ausge-reift und beruht derzeit fast ausschließlich auf Einschät-zung der Landwirte (Werner/Christen 2004).

Der Einsatz der konservierenden Bodenbearbeitung stellthohe Anforderungen an das Systemverständnis von Land-wirten und Beratern und erfordert eine gute Einbindungin das Gesamtkonzept des Pflanzenbaus (einschließlichFruchtfolge, Sortenwahl, Düngung und Pflanzenschutz).Es handelt sich nicht um den einfachen Ersatz einer tiefwendenden Bearbeitung mit Pflug oder Grubber durchdie konservierenden Systeme, sondern es bedarf deutli-cher Umstellungen im Strohmanagement und in derFruchtfolge, um zu verhindern, dass es zu einer vermehr-ten Verunkrautung und zu einem erhöhten Pilzbefall derKulturpflanzen kommt. Bei einer sachgerechten Kombi-


nation von Sommerungen (Kulturpflanzen, die im Früh-jahr ausgesät werden) und Körnerleguminosen in derFruchtfolge können Verfahren der konservierenden Bo-denbearbeitung auch ohne einen erhöhten Einsatz vonHerbiziden und Fungiziden erfolgreich über viele Jahredurchgeführt werden. In der Praxis lässt sich dies jedochaus verschiedensten Gründen (z. B. mangelnde Wirt-schaftlichkeit von Leguminosen und Sommerungen)nicht in gleicher Weise erreichen, so dass es bei konser-vierender Bodenbearbeitung häufig zu einer stärkerenVerunkrautung kommt. Auch besteht die Gefahr, dassgroße Partien von Getreide aus konservierenden Anbau-systemen aufgrund von Krankheitsbefall (z. B. Fusarienbei Getreide) und einer daraus hervorgehenden Mykoto-xinbelastung der erzeugten Produkte nicht in den Handelgebracht oder verfüttert werden dürfen.

Grundsätzlich kann durch die Nutzung von PA durch teil-flächenspezifische Bearbeitungstiefe und -intensität dieGefahr von Bodenerosion verringert werden. Hierzu lie-gen allerdings keine Untersuchungen vor. Die Vorteileteilflächenspezifischer Bodenbearbeitung sind v. a. in derdamit verbundenen Reduktion des Treibstoffverbrauchsund der dadurch vermiedenen zusätzlichen Kohlendioxid-emissionen zu sehen. Verglichen mit den konservierendenVerfahren sind die Effekte der Anwendung von PA zurteilflächenspezifischen Bodenbearbeitung als eher geringeinzuschätzen. Inwieweit sich durch die Anwendung vonPA-Techniken bei konservierenden Bodenbearbeitungs-verfahren deren Nachteile verringern lassen bzw. zusätz-liche positive Effekte einstellen, ist nicht bekannt.

Verlust an Biodiversität

Die biologische Vielfalt (Biodiversität), zu der die geneti-sche Vielfalt als auch die Artenvielfalt (wildlebendeFauna und Flora sowie Kulturpflanzenarten und -sorten)und die Vielfalt der Ökosysteme und Landschaftstypengehören, ist eine der entscheidenden Grundlagen desmenschlichen Lebens. Damit kommt dem Erhalt der bio-logischen Vielfalt eine wichtige Rolle für die nachhaltigeEntwicklung zu.

Zur Erfassung der Gefährdungssituation der wildleben-den Fauna und Flora werden oft die „Roten Listen“ derTiere und Pflanzen herangezogen. Von den für die „RoteListe“ untersuchten und in Deutschland beheimateten Ar-ten (knapp 50 Prozent bei den Pflanzen und 33 Prozentbei den Tieren) sind rund 50 Prozent der Pflanzen- undTierarten gefährdet (BfN 2005a u. 2005b). Die für denZeitraum von 1850 bis heute ermittelte Aussterberate beiFarn- und Blütenpflanzen liegt bei 32 Arten pro Dekade(BfN 2004). Zu den Verursachern des Artenrückgangsgehört nach der direkten Standortzerstörung durch Bau-maßnahmen (betrifft 540 Arten) an zweiter Stelle dielandwirtschaftliche Flächennutzung (betrifft 450 Arten).Sowohl die Unterlassung bestimmter Nutzungsarten(z. B. Handmahd) als auch die Intensivierung landwirt-schaftlicher Flächennutzungen sind hier die Auslöser.

Auch die Vielfalt an landwirtschaftlich genutztenKulturarten hat in Deutschland – ebenso wie in der EUund weltweit – in den letzten Jahrzehnten weiter abge-

nommen. Allgemein ist eine Konzentration auf sehr we-nige Arten zu beobachten. Im globalen Maßstab ist dieseKonzentration auf Mais, Weizen, Soja und Reis ausge-richtet. In Deutschland bilden heute nur noch zwölfPflanzenarten die Grundlage unserer Ernährung. Derüberwiegende Teil der Kulturpflanzen bleibt hingegenungenutzt und ist sogar teilweise vom Aussterben bedroht(IÖW 2005). Die wichtigste Ursache für den Verlust vonAgrobiodiversität ist die konventionelle Landbewirt-schaftung, die aufgrund der agrarpolitischen und markt-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen v. a. auf den kurz-fristigen Ertrag ausgerichtet ist.

Wenn bei einer Kulturart eine kritische Anbaufläche un-terschritten wird – wie dies derzeit bei den Körnerlegumi-nosen nicht unwahrscheinlich ist – sinkt die Bereitschaftder Zuchtunternehmen, entsprechende Züchtungendurchzuführen. Als Konsequenz stehen schon nach weni-gen Jahren keine angepassten Sorten mehr zur Verfügung.Wird eine Kulturart nicht oder nur noch auf sehr geringerAnbaufläche genutzt (z. B. Buchweizen oder Faserlein)dann sind auch die Begleitflora und -fauna in ihrem Be-stand gefährdet. Deshalb können die „Fruchtfolge auf Be-triebsebene“ und die „Anbauhäufigkeit bestimmter Kul-turpflanzen“ im regionalen Maßstab als indirekteIndikatoren zur Beurteilung der Agrobiodiversität ver-wendet werden.

Die EU hat sich verpflichtet, den Verlust von Biodiversi-tät bis 2010 zu stoppen. In Deutschland gibt es verschie-dene Programme und Konzepte zur Erhaltung von Biodi-versität: So hat das BMU im September 2005 denEntwurf einer nationalen Strategie zur biologischen Viel-falt vorgelegt. Biodiversität spielt in der Arbeit desStaatssekretärsausschusses für Nachhaltigkeit und im Ratfür Nachhaltige Entwicklung eine zentrale Rolle.

Die Bewertung der nachhaltigen Entwicklung der Biodi-versität ist schwierig. Dies ist zum einen in der Messungvon „Biodiversität“ bedingt, bei der eher wissenschaftli-che und weniger praktische Gesichtspunkte zum Aus-druck kommen. Zweitens ist die Zielwertdiskussion hierungleich schwieriger als bei den abiotischen Indikatoren,da entweder mit hoch aggregierten Summenindikatoren,wie dem Diversitätsindex nach Shannon-Weaver37, odermit Einzelwerten argumentiert wird. Drittens gibt es beider Quantifizierung der Biodiversität im weiteren Sinnenoch beträchtliche methodische Unsicherheiten. So istderzeit nicht geklärt, welche einzelnen Arten oder Arten-gruppen zur Messung der Biodiversität herangezogenwerden sollten und wie dies mit vertretbaren personellenund finanziellen Mitteln umsetzbar ist.

Die Landwirtschaft, die über 50 Prozent der Gesamtflä-che Deutschlands für ihre Produktionstätigkeit nutzt,spielt beim Erhalt der biologischen Vielfalt eine wichtigeRolle. Zu den diskutierten Möglichkeiten, die Biodiver-sität zu erhalten bzw. zu fördern, gehören u. a.: Erhalt

37 Ein mathematisches Aggregationsverfahren, das sowohl die Anzahlunterschiedlicher Kulturarten als auch deren jeweiligen relativen Flä-chenumfang berücksichtigt.


regional angepasster Sortenvielfalt von Kulturpflanzenund vielfältiger Fruchtfolgen, Erhöhung des Flächenan-teils des ökologischen Landbaus, Anwendung der „gutenfachlichen Praxis“, Förderung freiwilliger Leistungen fürdie Biodiversität und Bewirtschaftungseinschränkungenauf schützenswerten Flächen.

Die Einordnung von PA als Instrument zur nachhaltigenEntwicklung der Biodiversität ist schwierig. Technisch istes möglich, schützenswerte kleinräumige Bereiche in derAgrarlandschaft zu identifizieren und mit PA restriktiv zubewirtschaften oder sie ganz aus der Nutzung zu nehmen.Bislang scheitert der Einsatz von PA zum Schutz vonBiotopen jedoch daran, dass es methodisch schwierig ist,einzelnen Teilflächen landwirtschaftlich genutzter Flä-chen bestimmte Schutzziele zuzuordnen. Entsprechendeeinfache Einstufungssysteme werden zurzeit mit der land-wirtschaftlichen Praxis prototyphaft eingeführt. Um zunachvollziehbaren Arealabgrenzungen für Naturschutz-ziele innerhalb von Ackerflächen zu kommen, müsste einerheblicher Aufwand betrieben werden, da für eine Viel-zahl potenzieller Naturschutzqualitätsziele (NQZ) keineModelle vorliegen, anhand derer solche räumlichen Ent-scheidungen getroffen werden können. Die Operationali-sierung von NQZ ist eine komplexe Aufgabe, die nurunter Zuhilfenahme von Experten verschiedener Teilbe-reiche befriedigend bewältigt werden kann (Plachter/Janßen 2002). Eine Abschätzung, in welchem UmfangNQZ mittels PA umgesetzt werden können, ist schwierig.Wirkungskontrollen zeigen jedoch, dass in vielen Fällenwohl eine ganz erhebliche Modifizierung der Bewirt-schaftungsmaßnahme erforderlich ist, um das NQZ mithoher Wahrscheinlichkeit zu erreichen. Ein Beispiel: Umgünstige Entwicklungsbedingungen für die Begleitflorazu schaffen, müsste die Saatstärke auf 25 Prozent der nor-malen Menge reduziert werden (Kriegbaum 1997, nachPlachter/Janßen 2002).

Der Einsatz von PA könnte auch dazu beitragen, die posi-tive Wirkung des Ökolandbaus auf die Artenvielfalt (An-onym 2004) zu fördern. Für den ökologisch oder konven-tionell wirtschaftenden Betrieb ist der Einsatz von PA zurEinhaltung von NQZ allerdings nur bei entsprechenderFörderung interessant. Hier ist aber die Frage zu stellen,ob es nicht einfachere und kostengünstigere Wege gibt,um diese Ziele zu erreichen.

Zum Schutz von Biotopen sind bei der Ausbringung vonPflanzenschutzmitteln gesetzlich vorgeschriebene Min-destabstände zu sensiblen Nichtzielflächen, Gewässernund Saumstrukturen einzuhalten. Landwirte, die gegendiese Regelungen verstoßen, begehen eine Ordnungswid-rigkeit und müssen mit empfindlichen Geldstrafen rech-nen. Mit entsprechenden Computerprogrammen (z. B.„Abstandsmanager Pflanzenschutz“) können in Abhän-gigkeit wichtiger Parameter wie Relief, verwendete Dü-sen und eingesetzte Wirkstoffe für die wichtigsten Kultu-ren und Wirkstoffe die vorgeschriebenen Abstände zuNichtzielflächen berechnet werden. Durch die Integrationdieses oder eines ähnlichen Informationssystems könntePA dazu beitragen, die Abstände nicht nur zu berechnen,sondern die Vorgaben gezielt umzusetzen und die errech-

neten Abstände auch automatisch einzuhalten sowie de-ren Einhaltung zu dokumentieren.

Niedrige Einkommen und sinkende Beschäftigungs-möglichkeiten in der Landwirtschaft

Einkommen

Ein selbständig tätiger Landwirt verdiente im Jahr 2003/2004 durchschnittlich 17 600 Euro brutto, was einem Mo-natseinkommen von 1 470 Euro entspricht. Der Einkom-mensabstand zur gewerblichen Wirtschaft liegt somit beirund 34 Prozent (DBV 2005). Die Zahlen lassen vermu-ten, dass viele der kleinen landwirtschaftlichen Betriebelediglich Einkommen im Bereich der Armutsgrenze er-wirtschaften. Ein weiterer Hinweis darauf sind die anhal-tenden Einkommensdisparitäten in der Landwirtschaft.Etwa 70 Prozent der landwirtschaftlichen Haupterwerbs-betriebe erreichen keinen Lohn entsprechend dem ge-werblichen Vergleichslohn (BMVEL 2002).

Da sich eine Reduktion des Faktorinputs bzw. eine Er-tragssteigerung bei Kulturarten mit einem relativ hohenEinsatz an ertragssteigernden bzw. -sichernden Betriebs-mitteln – wie Kartoffeln oder Zuckerrüben – wesentlichstärker auf die Erhöhung des Deckungsbeitrages auswirktals beim Anbau von Winterweizen, Körnermais oderWinterraps, wird ceteris paribus der Einsatz von PA amehesten zur Einkommenssteigerung beitragen in Betrie-ben mit Fruchtfolgen, die einen hohen Anteil an intensivangebauten Kulturpflanzen haben. So zeigen Modellrech-nungen unter Annahme großer Einsatzflächen und einer10 %igen Reduktion des Einsatzes an Saatgut, Stickstoffund Herbiziden bei Kartoffeln einen um ca. 67 Euro/haund bei Zuckerrüben einen um 47 Euro/ha erhöhten De-ckungsbeitrag, während bei eher extensiv angebautenKulturen (z. B. Getreide) die Werte zwischen 18 und28 Euro/ha liegen (Wagner 2005). Bei einer angenomme-nen zusätzlichen 10 %igen Ertragssteigerung wären dieUnterschiede zwischen den intensiven Kulturen (plus275 Euro/ha) und den extensiven (plus 100 Euro/ha) aufden Deckungsbeitrag noch deutlicher.

Auch die Modellrechnungen in diesem Bericht(Kap. IV.4) zeigen, dass bei deutlichen Betriebsmittelein-sparungen oder verringerten Investitionskosten für PA dieRentabilitätsschwelle je nach Annahmen und PA-Techno-logie meist erst ab mehreren hundert ha Fläche erreichtwird. Deshalb profitieren in erster Linie große Betriebevon möglichen höheren Einkommen durch den Einsatzvon PA. Aber auch in Agrarstrukturen mit kleinen Betrie-ben und Feldgrößen kann PA eingesetzt werden, z. B. imRahmen einer Gewannebewirtschaftung oder über Be-triebsgemeinschaften oder Maschinenringe. Neben derBewirtschaftung von Gewannen über die Grenzen derTeilfelder hinweg können teilflächenbezogene Auswer-tungen ohne hohen Zusatzaufwand durchgeführt werden.Es konnte gezeigt werden (z. B. im ForschungsprojektZeilitzheim und am Praxisbeispiel Riedhausen), dass eineGewannebewirtschaftung mit Unterstützung durch PA-Technik zu Deckungsbeitragssteigerungen von bis zu150 Euro/ha/Jahr führen kann (Rothmund et al. 2003).Gleichzeitig sinkt der Arbeitszeitbedarf um über


30 Prozent. Darüber hinaus ergeben sich Vorteile hin-sichtlich der Qualitätssicherung durch überbetrieblichePlanung und Erfassung. Die Gewannebewirtschaftungmit Unterstützung durch PA stellt damit eine Chance fürBetriebe mit kleinräumigen Strukturen dar, ihre Wettbe-werbsfähigkeit zu stärken und sich trotz des fortschreiten-den Wandels in der landwirtschaftlichen Betriebsstruktursowie abnehmender Gewinnspannen bei der landwirt-schaftlichen Produktion ihre Existenzfähigkeit zu sichern.Trotz dieser Vorteile ist die Umsetzung des Konzepts derGewannebewirtschaftung in der Praxis schwierig, danicht alle Landwirte ausreichend kooperationswillig sind,weil gemeinsame Entscheidungen hinsichtlich Flächen-nutzung und -belegung, Bewirtschaftung, Bestandsfüh-rung und Maschineneinsatz getroffen werden müssen.

Eine abschließende Aussage über den potenziellen Bei-trag von PA zur Verbesserung der Einkommen in derLandwirtschaft und zur Sicherung der Existenzfähigkeitvon Betrieben kann auf Grundlage der vorliegenden Un-tersuchungen weder für Einzelbetriebe noch für eine Ge-wannebewirtschaftung getroffen werden. Tendenziellwerden die ökonomischen Vorteile von PA umso deutli-cher ausfallen, je heterogener das bewirtschaftete Feldund je höher die Produktionsintensität (bzw. der Anteil anintensiven Kulturpflanzen) sind. Weiter ist davon auszu-gehen, dass der Einkommenseffekt des gemeinsamenEinsatzes verschiedener PA-Anwendungen bedingt durchSynergieeffekte (z. B. durch Mehrfachnutzung von Datenund Geräten) wirtschaftlicher ist als die Summe der Ein-zelverfahren (Werner/Christen 2004, S. 139). Darüber hi-naus ist zu vermuten, dass mit den gegenwärtig verfügba-ren Methoden für PA-Anwendungen die ökonomischenPotenziale nicht sicher ausgeschöpft werden. Witterungs-einflüsse beispielsweise scheinen den Erfolg von Dünge-maßnahmen wesentlich stärker zu beeinflussen als dieräumliche Heterogenität des Standorts. Es ist weiter da-von auszugehen, dass mit fortschreitendem Stand derTechnik die Präzision der Arbeitsschritte weiter optimiertwerden kann und bei einer zunehmenden Anwendung inder Praxis die Anschaffungskosten sinken werden. Auchein Preisanstieg bei den Betriebsmitteln und Forschrittebei der Technik- und Methodenentwicklung können zu ei-ner Rentabilität der PA-Anwendung schon bei geringererFlächenausstattung führen.

Beschäftigungseffekte

Im Allgemeinen sind bisher keine direkten Rationalisie-rungseffekte durch PA hinsichtlich des Arbeitskraftbe-darfs erkennbar (Strecker et al. 2004a, S. 64). Es ist imGegenteil möglich, dass durch den relativ hohen Bedarfan Wissenstransfer, Aus- und Weiterbildung und IT-Sup-port für die Landwirte mit der Diffusion von PA-Anwen-dungen zusätzliche Arbeitsplätze im ländlichen Raum ge-schaffen werden. Vor allem kleinere Betriebseinheitenwerden, falls sie sich für PA entscheiden, auf die fachli-che Unterstützung seitens externer Berater zurückgreifenmüssen. Dies werden zum einen fachlich kompetenteMitarbeiter bei überbetrieblichen Einrichtungen (u. a.Maschinenringe, Lohnunternehmer) sein, aber auch Bera-ter zur Pflanzenproduktion, die sich die notwendigen

Kompetenzen zu PA-Techniken gezielt aneignen. Hier-durch können zusätzliche, relativ (im Vergleich zu denEntlohnungen seitens der landwirtschaftlichen Betriebe)hoch bezahlte Tätigkeiten im ländlichen Raum entstehen(Lowenberg-DeBoer 2002). Andererseits könnte PAdurch die fehlende Rentabilität eines Einsatzes in kleinenBetrieben langfristig möglicherweise auch zu einer Be-schleunigung des Strukturwandels in der Landwirtschaftund somit zum Abbau von Arbeitsplätzen im ländlichenRaum führen.

Es liegen keine systematischen und vergleichenden Un-tersuchungen über den zusätzlichen Zeitbedarf der Land-wirte für PA vor. Zumindest in der Anfangsphase istjedoch mit einem deutlich höheren Arbeitsaufwand zurechnen. Neben Inbetriebnahme und Einarbeitung ent-steht ein erheblicher Zeitbedarf v. a. durch die Arbeit amComputer und ggf. durch zusätzliche Feldbegehungen.Der zusätzliche Betreuungsaufwand für die neue Technikwird häufig unterschätzt (Jürschik 1999). Andererseitskönnen mit Hilfe von PA Arbeitsspitzen entzerrt werden,weil es hierdurch möglich ist, die grundsätzlichen theo-retischen Überlegungen zum Anbau in arbeitsärmerenPerioden am Schreibtisch zu planen und teilweise schonim Voraus in Maschinenaufträgen niederzuschreiben. Dasermöglicht die optimale Berücksichtigung vorhandenerDaten (Nährstoffe, Erträge, personelle und technischeRessourcen etc.) und spart Zeit während der Arbeitsspit-zen. Zur Beurteilung der Maßnahmen ist und bleibt aberdie aufmerksame Beobachtung der Betriebsflächen inte-graler Bestandteil der erfolgreichen Bewirtschaftung.

Durch den Einsatz von PA steigen auch die Anforderun-gen an die Fähigkeiten zum Umgang mit den neuen Tech-nologien und zum Informations- und Arbeitsmanage-ment. Hierdurch wandelt sich das Berufsbild modernerLandwirte in Richtung Agrarmanager, der auf einemHigh-Tech-Bauernhof arbeitet. Die Attraktivität einessolchen „High-Tech-Berufes“ kann positive Effekte aufdie Beschäftigungssituation im ländlichen Raum haben.

4. Fazit

In der internationalen Staatengemeinschaft besteht Kon-sens über die allgemeinen Grundsätze einer nachhaltigenEntwicklung. Wenn es allerdings darum geht, konkreteZiele einer nachhaltigen Entwicklung zu benennen, danngehen die Vorstellungen und Definitionen auch im Be-reich der Landwirtschaft auf nationaler Ebene teilweiseauseinander. Während beispielsweise auf globaler Ebeneund für viele Entwicklungsländer (z. B. Indien) die Er-nährungssicherung ein zentrales Ziel nachhaltiger Ent-wicklung darstellt, findet dieser Aspekt im Zielkatalogder Industrieländer meist wenig Beachtung (AusnahmeJapan), obwohl hierfür eine gemeinsame Verantwortungaller Länder (insbesondere derer mit guten ackerbauli-chen Produktionsbedingungen) besteht, und diese im Mil-lenniumsziel (Halbierung der Zahl der Hungernden welt-weit von 1990 bis 2015) auch konkretisiert wurde. InIndustrienationen wie Deutschland, USA oder auch Japanzählen zu den wichtigsten Nachhaltigkeitszielen die Ver-besserung der wirtschaftlichen Situation und der Beschäf-


tigungsmöglichkeiten in der Landwirtschaft sowie dieVerringerung von Umweltbelastungen durch landwirt-schaftliche Aktivitäten.

Auf europäischer als auch nationaler Ebene ist der Standder Operationalisierung der Ziele einer nachhaltigenLandwirtschaft durch konkrete Indikatoren und Zielgrö-ßen für die verschiedenen Bereiche unterschiedlich.Während für die ökologische Dimension teilweise sehrdetaillierte, durch politische Vorgaben verankerte Ziel-vorstellungen vorliegen und Indikatoren festgelegt wur-den, steht die Diskussion über Ziele und Indikatoren einerökonomisch und sozial nachhaltigen Entwicklung in derLandwirtschaft noch am Anfang.

Die systematische und integrative Bewertung und Einord-nung von PA in den Kontext nachhaltiger Entwicklung istnicht nur deshalb ein problematisches Unterfangen. Auchder gegenwärtig unzureichende Wissensstand in der PA-Forschung erschwert die Ableitung verallgemeinerbarerAussagen über die Wirkungen des Einsatzes von PA aufverschiedene Nachhaltigkeitsindikatoren. Infolgedessenist eine kohärente und integrative Nachhaltigkeitsbewer-tung von PA gegenwärtig schwierig. Anhand von Plausi-bilitätsüberlegungen können aber die Potenziale von PA-Anwendungen zur Verringerung wesentlicher Nachhaltig-keitsdefizite analysiert werden. Hierzu gehören: dieStickstoffüberschüsse, der Phosphatverbrauch und derPhosphateintrag in Oberflächengewässer, die Anwendungvon Pflanzenschutzmitteln, der Verbrauch fossiler Ener-gieträger, die Beeinträchtigungen von Bodenfunktionenund der Verlust an Biodiversität. Bei den Auswirkungenvon PA auf die ökonomisch und sozial nachhaltige Ent-wicklung der Landwirtschaft beschränken sich die Aussa-gen auf Einkommens- und Beschäftigungseffekte.

Die Stickstoffüberschüsse landwirtschaftlich genutzterFlächen stellen ein zentrales Nachhaltigkeitsdefizit derLandwirtschaft dar, da sie zu Belastungen des Naturhaus-halts führen können. Um die Belastung von Grundwasserund Oberflächengewässern durch Stickstoffverbindun-gen zu verringern und die Reduktionsziele zu erreichen,ist ein effizienter Einsatz von Stickstoff erforderlich.Durch eine teilflächenspezifische mineralische Stickstoff-düngung kann die ausgebrachte Düngermenge bei kon-stanten oder erhöhten Erträgen verringert und so dieStickstoffeffizienz um 10 bis 15 Prozent verbessert wer-den. PA wird insgesamt jedoch nur in beschränktemMaße dazu beitragen können, die hohen Stickstoffsaldenzu reduzieren, da diese hauptsächlich aus hohen, regionalverdichteten Tierbeständen und einer schlechten Stickstoff-nutzungseffizienz bei den dort anfallenden Wirtschaftsdün-gern resultieren und bislang keine praxisrelevanten PA-Verfahren für die Ausbringung von Wirtschaftsdünger zurVerfügung stehen. Außerdem sind die Methoden zur Er-fassung und Steuerung der Stickstoffmineralisierung imBoden in Abhängigkeit von Standort und klimatischenFaktoren noch unzureichend.

Die Ausbringung phosphathaltiger Düngemittel führt ei-nerseits maßgeblich zur Reduzierung weltweit begrenzterPhosphatvorräte und andererseits zu nennenswertenPhosphoreinträgen in Oberflächengewässer. PA kann zur

räumlichen Differenzierung der Phosphatdüngung unddamit zum Abbau lokaler Phosphatüberschüsse beitragen.Die Probleme zu hoher Phosphatsalden treten insbeson-dere in Gebieten mit hohen Viehbesatzdichten und kon-zentriertem Aufkommen an Wirtschaftsdünger auf, wäh-rend die flächenspezifischen Phosphatbilanzen reinerAckerbaubetriebe überwiegend ausgeglichen sind. Ver-fahren zur teilflächenspezifischen Ausbringung von Wirt-schaftsdünger sind derzeit aber noch wenig erforscht.

Die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) isteine wichtige Maßnahme zur Sicherung der Erträge undder Nahrungsmittelqualität. Einige der PSM sind jedochhumantoxisch und andere bauen sich in der Umwelt nurlangsam ab und können sich in der Nahrungskette anrei-chern. Des Weiteren kann die Ausbringung von PSM zuUmweltbelastungen führen, da sie durch Verwehungen,Verdunstung mit nachfolgendem Niederschlag oder durchAbdrift in benachbarte Biotope bzw. Oberflächengewäs-ser sowie durch Versickerung ins Grundwasser gelangenkönnen. Angesichts dieser Risiken beschloss die Agrar-ministerkonferenz vom März 2005, den Pflanzenschutz-mittelaufwand in den nächsten zehn Jahren um 15 Pro-zent zu reduzieren (Agrarministerkonferenz 2005). DerEinsatz von PA im Pflanzenschutz kann die Erreichungdieses Reduktionsziels unterstützen. Gegenwärtig ist dieWirkung jedoch gering, weil der Umfang der Herbizidan-wendung in Deutschland v. a. vom Getreideanbau (auf59 Prozent der Ackerfläche) bestimmt wird. Für Getreidegibt es zwar in der Forschung entwickelte Verfahren zurteilflächenspezifischen Herbizidapplikation, diese sindjedoch noch nicht praxisreif. Für eine wirtschaftliche An-wendung von PA im Kampf gegen Pilzkrankheiten fehlenderzeit Methoden und Techniken zur raschen und kosten-günstigen Erfassung der Schaderreger.

Grundsätzlich kann durch eine teilflächenspezifisch ange-passte Bodenbearbeitung die Gefahr von Bodenerosionund Bodenverdichtung verringert werden. Die Vorteile ei-nes Einsatzes von PA in der Bodenbearbeitung werdenaber bisher nicht darin, sondern im Potenzial zur Reduk-tion des Treibstoffverbrauchs gesehen. Verglichen mitVerfahren der konservierenden Bodenbearbeitung – in derPraxis etabliert zur Verringerung von Erosion, Bodenver-dichtung und Verlust an organischer Bodensubstanz –sind die Effekte räumlich differenzierter Bodenbearbei-tung als eher gering einzuschätzen. Unklar ist noch, obpositive Effekte der konservierenden Bodenbearbeitung(z. B. Förderung der Bodenfruchtbarkeit) durch den Ein-satz von PA gesteigert werden könnten.

Die intensive Landnutzung der vergangenen Jahrzehntetrug maßgeblich zum Rückgang der Artenvielfalt in land-wirtschaftlichen Gebieten bei. Auch die Agrobiodiversi-tät ging dramatisch zurück. Die Einordnung von PA alsInstrument zur nachhaltigen Entwicklung der Biodiversi-tät ist schwierig. Technisch ist es zwar möglich, schüt-zenswerte kleinräumige Bereiche in der Agrarlandschaftzu identifizieren und mit PA restriktiv zu bewirtschaftenoder sie ganz aus der Nutzung zu nehmen. In der Praxisscheitert der Einsatz von PA zum Schutz von Biotopen je-doch daran, dass es methodisch problematisch ist, Teilflä-


chen bestimmte Schutzziele zuzuordnen. Grundsätzlichist jedoch die Frage zu stellen, ob es nicht einfachereWege gibt, um die Ziele erhöhter Lebensraumvielfalt undArtenvorkommen in der Agrarlandschaft zu erreichen.

Für die ökologische Dimension nachhaltiger Landbewirt-schaftung lässt sich zusammenfassend festhalten, dass PAverschiedene Umweltentlastungspotenziale besitzt, dieseaber begrenzt sind. Erstens ist die erforderliche PA-Tech-nik für einen großflächigen Einsatz noch nicht verfügbar(z. B. PA-Verfahren zur Herbizidapplikation in Getreide,der wichtigsten Kulturpflanze in Deutschland), zweitensstehen die PA-Verfahren in Konkurrenz zu anderenTechnologien (z. B. Verfahren der konservierendenBodenbearbeitung) oder Bewirtschaftungsweisen (z. B.Ökolandbau) und drittens können die bestehenden Nach-haltigkeitsdefizite der Landwirtschaft nur teilweise durchden Einsatz moderner Technik behoben werden (z. B.Nährstoffüberschüsse aufgrund regional konzentrierterintensiver Tierhaltung).

Der Einsatz von PA kann zur Verbesserung der Einkom-men in der Landwirtschaft beitragen, wenn die höherenmonetären Leistungen bzw. die Potenziale zur Kostensen-kung die Mehrkosten der Investitionen übersteigen. Eineverallgemeinernde Aussage über den Beitrag von PA zurVerbesserung der Wirtschaftlichkeit und zur Sicherungder Existenzfähigkeit der Betriebe kann nicht getroffenwerden, da die Rentabilität des PA-Einsatzes auf Betriebs-ebene von verschiedenen Faktoren abhängt. Tendenziellfallen die ökonomischen Vorteile des PA-Einsatzes je-doch umso deutlicher aus, je höher die Standortheteroge-nität und die Produktionsintensität sind. Der Einsatz vonPA wird also am ehesten wirtschaftlich für Betriebe mitFruchtfolgen, die einen hohen Anteil an intensiv ange-bauten Kulturpflanzen haben. Je nach Annahmen undPA-Anwendung wird die Rentabilitätsschwelle aber meisterst ab mehreren hundert Hektar Betriebsgröße (bzw. be-wirtschafteter Fläche) erreicht. Diese Mindestnutzungs-fläche verringert sich bei sinkenden Anschaffungskostenund steigenden Preisen für Betriebsmittel und landwirt-schaftliche Erzeugnisse. Die Erzeugerpreise bewegensich allerdings seit längerem auf einem niedrigen oder garsinkenden Niveau und können daher wenig zur Refinan-zierung der PA-Kosten beitragen. Wenn sich an diesenwirtschaftlichen Rahmenbedingungen nichts ändert oderkeine speziellen Anreize für den PA-Einsatz geschaffenwerden, kann man auch zukünftig nur von einer geringenDiffusion der PA-Technik ausgehen. Damit würden auchdie positiven ökologischen Nachhaltigkeitseffekte von PAnur bescheiden ausfallen.

Aus Nachhaltigkeitssicht eher kritisch zu sehen sind die– wie bei vielen die Effizienz steigernden Techniken –langfristig arbeitsplatzmindernden Wirkungen von PA-Anwendungen (Stichwort: Feldrobotik). Da der Einsatzvon PA mit zunehmender Betriebsgröße wirtschaftlicherwird, könnte eine verstärkte Nutzung dieser Technologiezu einer Beschleunigung des Strukturwandels in derLandwirtschaft führen. In den nächsten Jahren dürftenPA-Anwendungen dagegen zu einem höheren Manage-mentaufwand führen und somit mittelfristig zu einem

leicht steigenden Arbeitskräftebedarf. Durch den mit PA-Anwendungen verbundenen Bedarf an Aus- bzw. Weiter-bildungskapazitäten sowie „IT-Support“ bei Landwirtenund Dienstleistern dürften nicht unerhebliche positive Ar-beitsplatzeffekte verknüpft sein. Die Attraktivität einesmodernen „High-Tech-Agrarmanagers“ könnte darüberhinaus positive Effekte auf die Beschäftigungssituation inder Landwirtschaft und im ländlichen Raum haben.

VII. Handlungsmöglichkeiten und Einfluss der Agrarpolitik

Im Folgenden wird zunächst aufgezeigt, wo Forschungs-bedarf im Bereich Technikentwicklung besteht, wobei dieSchwerpunkte bei der Entwicklung von innovativen Off-line- und Onlineverfahren zur Erfassung von Boden- undPflanzenparametern liegen. Aufgrund der Besonderheitendes ökologischen Landbaus wird danach auf den speziel-len Forschungsbedarf zur Entwicklung von PA-Anwen-dungen für den Ökolandbau eingegangen.

Der zweite Abschnitt dieses Kapitels beschäftigt sich mitdem Forschungsbedarf zur Verbesserung des Datenma-nagements und der Entscheidungsfindung auf Betriebs-ebene (Kap. VII.2). Dabei wird auch der Einsatz von PAzur Erfüllung von Dokumentationspflichten diskutiert.Anschließend werden Forschungsfragen zur systemanaly-tischen Untersuchung und Bewertung von PA-Anwen-dungen aufgeworfen.

Im dritten Abschnitt wird der Einfluss agrarpolitischerRahmenbedingungen auf die Verbreitung und Nutzungvon PA diskutiert, und es werden mögliche Maßnahmenzur Förderung der Diffusion von PA in die Praxis be-schrieben.

1. Forschungsbereich Technikentwicklung

Die Analyse der bisherigen Forschungsförderung(Kap. III.8) hat gezeigt, dass zahlreiche Einzelprojekteund einige Verbundprojekte zu PA auf nationaler, euro-päischer und außereuropäischer Ebene durchgeführt wur-den und die Industrie in bestimmten Bereichen (z. B. aufdem Gebiet der automatischen Spurführung) ebenfalls innennenswertem Umfang Forschung zu PA betreibt. Trotzder Forschungsanstrengungen und der erzielten Ergeb-nisse existieren beim teilflächenspezifischen Pflanzenbaunoch verschiedene technische, fachliche und methodischeSchwierigkeiten, die eine rasche und flächendeckendePraxiseinführung behindern.

Nachfolgend wird der Forschungs- und Entwicklungsbe-darf im Bereich innovativer technischer PA-Systemeskizziert. Dieser gliedert sich in folgende Teilbereiche:

– Offlineverfahren zur Bodenanalyse,

– Onlineverfahren zur Stickstoffdüngung,

– Onlineverfahren zur Unkrautbekämpfung,

– Onlineverfahren zur Erkennung von Pilzkrankheiten,

– Onlineverfahren zur Qualitätsbestimmung bei Ernte-produkten.


Offlineverfahren zur Bodenanalyse

Die Erfassung von Bodenparametern mit dem Kartier-ansatz ist vielfach erprobt und prinzipiell praxisreif. Ihrebreite Einführung in die Praxis scheitert jedoch an denhohen Kosten der verfügbaren (aufwendigen) Methodender Bodenbeprobung und -analyse. Die Entwicklung vonVerfahren der vereinfachten Bodenanalyse sollte v. a.deshalb gefördert werden, weil hierdurch ein effizienterUmgang mit Düngemitteln erreicht und insbesondere dieWirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Ausbrin-gung von Grunddünger verbessert werden kann. Nebenden direkten Messungen an Bodenkenngrößen gibt esForschungsansätze zu nicht invasiven Methoden, die eineCharakterisierung der Teilflächen hinsichtlich pflanzen-baulicher Standorteigenschaften ermöglichen. Diese wer-den voraussichtlich u. a. auf Fernerkundungsdaten, kar-tierten Daten und Onlinesensorsystemen basieren.

Onlineverfahren zur Stickstoffdüngung

Die zeitnahe automatische Datenerfassung mit Onlinever-fahren (Sensoransatz) ermöglicht eine Datenerhebung miteinem deutlich geringeren Zeitaufwand als manuelle Bo-nituren oder aufwendige Laboruntersuchungen. Die teil-flächenspezifische mineralische Stickstoffdüngung mitOnlineverfahren ist technisch relativ weit entwickelt undwird in der Praxis mit steigender Tendenz angewendet.Allerdings ist es mit den verfügbaren optoelektronischenSensorsystemen nicht möglich, bei der Erfassung desStickstoffzustands der Pflanze andere Einflussgrößen undStörfaktoren zu erfassen und zu eliminieren. Bei der Wei-terentwicklung von Sensorsystemen zur teilflächenspezi-fischen Stickstoffdüngung sollte demnach ein Schwer-punkt auf der Berücksichtigung anderer Einflüsse (z. B.Wasserversorgung der Kulturpflanzen) und Störgrößen(z. B. ungünstige Belichtungsverhältnisse durch Wolken)auf die mit Sensoren erfassbaren Pflanzenparameter lie-gen. Weitere Forschungsanstrengungen sind erforderlich,um die Interaktionen und Wirkungen verschiedener Ein-flussgrößen, wie z. B. Pilzbefall oder Trockenstress, aufdie von manchen Sensorverfahren erfasste Chlorophyll-fluoreszenz zu analysieren.

Onlineverfahren zur Unkrautbekämpfung

Die entwickelten Onlineverfahren zur teilflächenspezifi-schen Unkrautbekämpfung arbeiten mit optoelektroni-schen Sensoren (z. T. in Verbindung mit Bildanalysetech-niken), die in Kombination mit einer gezielt steuerbarenHerbizidapplikationstechnik (z. B. Spot-Spraying-Tech-nik) eine zeitnahe, räumlich differenzierte und selektiveBekämpfung von Unkräutern ermöglichen. In Kulturenmit weiten Reihenabständen (z. B. Mais) kann dieses Ver-fahren eingesetzt werden. In Kulturen mit engem Reihen-abstand (z. B. Getreide) besteht dagegen noch For-schungsbedarf zur Entwicklung geeigneter Sensoren, diein der Reihe einerseits zwischen Kultur- und Unkraut-pflanzen und andererseits zwischen verschiedenen Un-kräutern und Ungräsern unterscheiden können. Dafür ge-eignete Systeme, die mehr als zwei verschiedene

Wellenlängen des Lichts nutzen, befinden sich in der Ent-wicklung, sind aber für eine Herbizidapplikation in Echt-zeit noch nicht marktreif.38

Onlineverfahren zur Erkennung von Pilzkrankheiten

Die Ausbreitung von pflanzlichen Pilzkrankheiten wirddurch verschiedene Faktoren bestimmt, die zum einen dieAnfälligkeit der Pflanzen, zum anderen die Vermehrungder Pilze beeinflussen. Entsprechend komplex und lang-wierig gestaltet sich die Entwicklung von Verfahren zurteilflächenspezifischen Erkennung und Bekämpfung vonPilzkrankheiten, die sich gegenwärtig noch in einem frü-hen Forschungsstadium befindet. Wichtige Meilensteine,die bei der Entwicklung von PA-Verfahren zur selektivenBekämpfung von Pflanzenkrankheiten noch erreicht wer-den müssen, sind die eindeutige automatisierte Erken-nung von Pilzbefall im Anfangsstadium und der Aufbaupraktikabler Entscheidungsmodelle zur Fungizidapplika-tion. Um diese zu erreichen, sind große Forschungs-anstrengungen erforderlich.

Zur Identifizierung von Pilzbefall mittels Sensoren gibt esaugenblicklich verschiedene interessante Forschungsan-sätze. Ein Ansatz besteht in der Aufnahme der bei einerPilzinfektion – aber auch unter anderen Stressbedingun-gen – verstärkten Chlorophyllfluoreszenz mit Hilfe vonfahrzeuggestützten Lasersystemen. Alternativ dazu wirdversucht, anhand der Analyse von MultispektralbildernPilzbefall auf der Blattoberfläche zu erkennen. Eine wei-tere Forschungsrichtung prüft die Möglichkeit, über dieMessung der Oberflächentemperatur der Blätter einenHinweis auf einen Krankheitsbefall zu erhalten. Da zumgegenwärtigen Zeitpunkt nicht abschätzbar ist, welcherder Ansätze erfolgreich bis zur Praxisreife entwickeltwerden kann, sollten zunächst alle drei Forschungsrich-tungen weiter untersucht, aber auch für andere, nicht opti-sche Verfahren entsprechende Such- und Entwicklungs-forschung ermöglicht werden.

Onlineverfahren zur Qualitätsbestimmung bei Ernteprodukten

Die Qualität von Ernteprodukten (z. B. der Proteingehaltvon Weizen) kann für verschiedene Kulturen (z. B. Getre-ide, Raps und Feldfutter) während der Ernte mittels derNahinfrarot-Reflexionsspektroskopie (NIRS)39 erfasstund darauf aufbauend können teilflächenspezifischeProduktqualitätskarten erstellt werden. Für eine breiteAnwendung dieses Verfahrens in der Praxis bedarf es je-doch noch der Erarbeitung von einfachen und zuverläs-

38 Nach rund siebenjähriger Entwicklungszeit ist von der FAL (gefördertdurch ein BMBF-Verbundprojekt) ein erster Prototyp „Advanced Opto-electronic System (AOS)“ entwickelt worden, der mittels fotoopti-scher Sensoren bei geeigneten Wellenlängen verschiedene Unkräuterund Ungräser voneinander und diese von den Kulturpflanzen unter-scheiden kann (BMBF 2004). Ebenso sind kamerabasierte Systemedurch die Universität Bonn bis zur Praxisreife entwickelt worden(Gebhardt/Kühbauch 2005).

39 Diese Methode hat sich in den letzten Jahren im Labor als Standardzur Analyse von Inhaltsstoffen durchgesetzt.


sigen Methoden zur Kalibrierung der Messeinrichtungenauf den Erntemaschinen.40 Weitere Forschungsanstren-gungen sind erforderlich, um die Zusammenhänge zwi-schen pflanzenbaulichen Maßnahmen (z. B. die Ausbrin-gung von Düngemitteln) und der dadurch erzielbarenQualität der Ernteprodukte (z. B. den Proteingehalt imKorn) besser als bislang verstehen und nachbilden zukönnen.

PA-Anwendungen im ökologischen Landbau

Der ökologische Landbau wird in bestimmten Anwen-dungsgebieten von den Ergebnissen und Entwicklungender PA-Forschung profitieren können, die gegenwärtigauf die Anforderungen der konventionellen Landwirt-schaft ausgerichtet sind. Betrachtet man die Möglichkei-ten eines PA-Einsatzes im Ökolandbau, kommen grund-sätzlich nur bestimmte Anwendungsfelder in Betracht.Dies hängt im Wesentlichen mit den Grundprinzipien desÖkolandbaus zusammen, insbesondere mit dem limitier-ten Einsatz von systemexternen Betriebsmitteln. Ange-sichts dieser Restriktionen ist der Ökolandbau v. a. an PA-Verfahren zur teilflächenspezifischen Ausbringung vonWirtschaftsdünger und zur teilflächenspezifischen me-chanischen oder thermischen Unkrautregulierung interes-siert.

Wenngleich beim Pflanzenschutz im Ökolandbau vorbeu-gende Maßnahmen im Mittelpunkt stehen, könnte für ihnauch der Einsatz von PA-Verfahren zur selektiven Wirk-stoffausbringung nützlich sein. Ein Beispiel: Der Befallmit Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora infestans) inKartoffelbeständen ist im Ökolandbau ein großes Pro-blem und die einzige Möglichkeit, den Befall kurativ zuregulieren, stellt die Anwendung von Kupferpräparatendar. Der Einsatz von Kupfer ist jedoch problematisch,weshalb es nur in begrenzten Mengen ausgebracht wer-den darf. Eine frühe Erkennung des Befalls und eine teil-flächenspezifische Behandlung wären wünschenswert,weil so die Ausbringmenge und die damit verbundenennegativen Auswirkungen auf den Naturhaushalt verrin-gert werden könnten. Ein Ansatz hierzu stellt die Ent-wicklung eines olfaktorischen Biosensors (aus Antennenvon Kartoffelkäfern) dar, der verletzungsbedingte Emis-sionen von Kartoffelpflanzen detektieren kann, wie siebei einem Phytophthorabefall auftreten. Auf der Basis soerstellter Befallskarten ist eine teilspezifische Applikationvon Kupferpräparaten möglich. Die Forschung zur teilflä-chenspezifischen Erkennung und Behandlung von Pilz-krankheiten steht allerdings noch am Anfang.

Durch die teilflächenspezifische Ausbringung von Wirt-schaftsdünger unter Berücksichtigung heterogener Nähr-stoffverteilung und standortspezifischer Umsetzungs-prozesse im Boden könnte die Düngereffizienz imÖkolandbau weiter verbessert werden. Die Entwicklungvon PA-Techniken zur standortund bestandsgerechtenAusbringung organischer Dünger ist bislang jedoch nicht

ausreichend Gegenstand der Forschung. Hier sollte eineentsprechende Grundlagenforschung zur Entwicklungvon Verfahren und Techniken zur besseren Nutzung orga-nisch gebundener Nährstoffe initiiert werden. Die For-schung steht hier vor der komplexen Herausforderung,Modelle zu entwickeln, die in der Lage sind, die optimaleDüngermenge unter Berücksichtigung der Nährstoffver-fügbarkeit bzw. -freisetzung aus Dünger und Bodenvorratsowie der Nährstoffaufnahme durch die Pflanzen (in Ab-hängigkeit vom Witterungsverlauf) zu analysieren. Beider teilflächenspezifischen Ausbringung von Festmist be-steht darüber hinaus eine technische Herausforderung inder Verbesserung der Verteilgenauigkeit. Mit der Ent-wicklung entsprechender PA-Verfahren zur Ausbringungvon Wirtschaftsdünger ist – vorausgesetzt es kommt zuentsprechenden Forschungsaktivitäten – also erst mittel-bis langfristig zu rechnen. Angesichts der Bedeutungorganischer Dünger für die Nährstoffversorgung derPflanzen nicht nur im Ökolandbau und der mit ihrer Aus-bringung verbundenen Umweltrisiken erscheinen For-schungsanstrengungen in diesem Bereich jedoch als be-sonders wichtig.

2. Forschungsbereich Datenmanagement, Entscheidungsfindung, Dokumentation und Systemanalyse

In diesem Abschnitt werden Forschungsaufgaben aufge-zeigt, deren Lösung zu Verbesserungen im Datenmanage-ment und in der Entscheidungsfindung führen kann. An-schließend wird auf den Einsatz von PA zur Erfüllungvon Dokumentationspflichten und zur Gewährleistungder Rückverfolgbarkeit eingegangen. Abschließend wirdder Forschungsbedarf zur Analyse der Folgewirkungenvon PA auf sektoraler Ebene und zur Einordnung von PAin den Kontext nachhaltiger Entwicklung der Landwirt-schaft aufgezeigt.

Datenmanagement

Ein grundsätzliches Problem der praktischen Anwendungvon Offlineverfahren (Kartieransatz) ist der Umgang mitgroßen Datenmengen. Durch die kombinierte Nutzungvon mit Offline- und Onlineverfahren (Sensortechnik) er-fassten Daten steigen die Anforderungen an Datenverwal-tung und Entscheidungsfindung. Zum effektiven Manage-ment der Daten über die gesamte Pflanzenproduktioneines Betriebes sollten einfache, praxistaugliche Metho-den und Verfahren erarbeitet werden. Daneben sind dievorhandenen Hard- und Softwarelösungen für den Ein-satz von PA weiterzuentwickeln mit dem Ziel, die Nut-zung verschiedener PA-Anwendungen effektiver und be-dienerfreundlicher zu machen. Ein Teil der aufgezeigtenForschungsfragen wird im laufenden BMBF-Forschungs-projekt preagro II behandelt.

Modelle zur Entscheidungsunterstützung

Zur besseren Umsetzung der mit PA-Verfahren erfasstenBoden- und Pflanzenparameter in teilflächenspezifischeBewirtschaftungsmaßnahmen bedarf es der Weiterent-wicklung von Modellen zur Entscheidungsfindung. Die

40 Mit dem Aufbau einer umfassenden Kalibrierungsdatenbank für dieInhaltsstoffe der wichtigsten Futterpflanzen ist bereits begonnenworden.


Modelle sollten flexibel und transparent sein und einestrategische Planung der pflanzenbaulichen Maßnahmenbei unterschiedlichen Produktionsbedingungen und -zie-len ermöglichen. Dabei besteht insbesondere Forschungs-bedarf bei der Interpretation der erfassten Daten und de-ren Umsetzung in Entscheidungsregeln auf Basis vonAlgorithmen, die die Abläufe und Wechselwirkungen inder Natur hinreichend genau abbilden. Die Umsetzungteilflächenspezifisch erfasster Daten in konkrete Ent-scheidungshilfen scheiterte in der Vergangenheit auchdaran, dass die Wirkungen unterschiedlicher Standort-eigenschaften – in Wechselwirkung mit den Produktions-faktoren – auf die Bestandsentwicklung und den Ertragnicht hinlänglich bekannt sind. Ein Schwerpunkt bei derErforschung von Modellen zur Entscheidungsunterstüt-zung sollte deshalb auf die Entwicklung von Produktions-funktionen gelegt werden, die an standortspezifischeBesonderheiten angepasst werden können. Ziel der For-schung sollte es auch sein, Modelle zur Erstellung vonSollwert- bzw. Applikationskarten zu entwickeln, die hin-reichend genau und kostengünstig produzierbar sind.

Die Betriebsmitteleinsparungen beim Einsatz von PAsind u. a. auch das Ergebnis verringerter Sicherheitszu-schläge seitens der Landwirte. Grund hierfür sind die mit-tels PA verfügbaren zusätzlichen zeitnahen Informationenüber den Pflanzenbestand. Um dieses Reduktionspotenzialnoch besser ausschöpfen zu können, sollten praktikableMethoden zur Risikoabschätzung bei der Durchführungbzw. Unterlassung spezifischer Bewirtschaftungsmaß-nahmen (z. B. Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln)entwickelt werden. Insgesamt sollte großer Wert auf dieTransparenz und Nachvollziehbarkeit der entwickeltenModelle zur Entscheidungsunterstützung und zur Steue-rung der Applikationstechnik gelegt werden, da dies fürdie Akzeptanz der Systeme bei den Landwirten von gro-ßer Bedeutung ist.

Dokumentationspflicht und Rückverfolgbarkeit

Die detaillierte Aufzeichnung von produktions-technischen Maßnahmen und Betriebsabläufen ist zeit-aufwendig und erfordert eine gute Organisation bei derDatenverwaltung. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt führenviele Landwirte ihr eigenes Dokumentationssystementweder handschriftlich oder als (elektronische) Acker-schlagkartei. Neue Rechtsvorschriften, wie z. B. die Er-weiterung des Lebensmittel- und Produkthaftungsrechtsauf Agrarprodukte oder die Direktzahlungsverpflichtun-gen der Agrarreform im Zusammenhang mit Cross Com-pliance, führen zu einem erhöhten Dokumentationsauf-wand. Insbesondere die zum 1. Januar 2005 in Kraftgetretene EU-Verordnung 187/2002 mit dem generellenGebot der durchgängigen Rückverfolgbarkeit von Le-bensmitteln verpflichtet alle in der Kette der Lebensmit-telerzeugung tätigen Unternehmen – also auch die Land-wirte – zur genauen Dokumentation aller relevantenMaßnahmen. Der Landwirt muss dokumentieren, welcheBetriebsmittel von welchem Lieferanten gekauft, welcheMaßnahmen innerhalb der einzelnen Produktionszweigedes landwirtschaftlichen Betriebes durchgeführt und anwen die Produkte verkauft wurden.

Inwieweit neue, automatisch aufzeichnende Verfahren er-forderlich sind, um die umfassenden Nachweis- und Auf-zeichnungspflichten der Landwirte effizient und be-herrschbar zu gestalten, ist schwierig zu beantworten.Unklar ist auch die zukünftige Rolle von PA in diesemKontext. Es sollte deshalb untersucht werden, ob PA eingeeignetes Instrument darstellen könnte, um die zukünf-tig voraussichtlich weiter steigenden Anforderungen andie Dokumentationspflichten in der Landwirtschaft– z. B. sieht der aktuelle Vorentwurf für eine neue Dünge-verordnung feldbezogene Aufzeichnungs- und Bilanzie-rungsvorschriften für Stickstoff und Phosphat vor – ein-fach und sicher zu erfüllen.

Analyse der Folgewirkungen und Nachhaltigkeitseffekte

Verallgemeinernde Aussagen zu den Auswirkungen vonPA und ihrer Bewertung anhand von Nachhaltigkeitskri-terien sind auf der Basis des gegenwärtigen Kenntnis-stands nur unter Vorbehalten möglich. Dies hängt einer-seits damit zusammen, dass die Effekte von PA-Anwendungen bislang nur in technologiespezifischenEinzeluntersuchungen erforscht wurden und meist nur aufganz bestimmte Kenngrößen (z. B. Betriebsmitteleinspa-rung) und Kulturarten begrenzt sind. Andererseits liegt esdaran, dass es keine Untersuchungen gibt, in welchen Re-gionen Deutschlands aufgrund von feldinternen Standort-heterogenitäten und entsprechenden Betriebsstrukturenmit nennenswerten positiven Effekten durch PA-Anwen-dungen zu rechnen ist. Hier sind entsprechende For-schungsaktivitäten erforderlich. Zusätzlicher Forschungs-bedarf besteht bei der Entwicklung von Szenarien zumEinsatz von PA (in Deutschland und in der EU) unter zu-künftigen agrarpolitischen Rahmenbedingungen und zurAbschätzung der damit verknüpften ökonomischen,agrarstrukturellen, ökologischen und sozialen Folgewir-kungen auf sektoraler Ebene. Die aufgezeigten For-schungsfragen werden in laufenden Forschungsvorhaben,wie z. B. dem BMBF-Forschungsprojekt preagro II, nichthinreichend behandelt.

Ein weiteres Forschungsfeld stellt die Einordnung von PAin den Kontext nachhaltiger Entwicklung dar. Zur diesbe-züglichen Bewertung von PA bedarf es der Weiterent-wicklung von Methoden und Verfahren zur umfassendenAnalyse der Wirkungen von PA auf Nachhaltigkeitsindi-katoren vor dem Hintergrund zukünftiger Entwicklungenund Rahmenbedingungen. Besonders dringender For-schungsbedarf besteht dabei bei der Identifizierung undEntwicklung geeigneter Kenngrößen, Ziele und Indikato-ren zur Operationalisierung der ökonomischen und sozia-len Dimension nachhaltiger Landwirtschaft. Darüber hin-aus gibt es Forschungsbedarf im Blick auf die Analysevon Zielkonflikten innerhalb des Nachhaltigkeitskonzep-tes und bei der Entwicklung von Strategien zum Umgangmit Zielkonflikten.

3. Einfluss agrarpolitischer Rahmenbedingungen

Der zusätzliche Kapitalbedarf für PA-Anwendungen, demzurzeit nur in bestimmten Fällen ein entsprechender


Mehrerlös gegenüber steht, ist ein wesentlicher Grund da-für, dass die Akzeptanz und Diffusion von PA in Deutsch-land bislang deutlich hinter den Erwartungen zurück-bleibt. Die Höhe des Mehrerlöses wird einerseits von deneingesparten Betriebsmittelmengen oder Ertragssteige-rungen – die überdies von der Produktionsintensität ab-hängen – und andererseits von den jeweiligen Preisen fürdie betreffenden Betriebsmittel und Agrarprodukte beein-flusst.

Die landwirtschaftliche Produktion in Deutschland wirdheute weitgehend durch die EU-Agrarpolitik bestimmt.Diese vollzieht gerade einen grundlegenden Systemwech-sel mit weitreichenden Auswirkungen auf die Wirtschaft-lichkeit der landwirtschaftlichen Erzeugung. Sie trägt soden aktuellen Herausforderungen wie der EU-Erweite-rung, den WTO-Verhandlungen zur weiteren Liberalisie-rung des Welthandels sowie der Wahrung der gesell-schaftlichen Akzeptanz der Direktzahlungen an dieLandwirtschaft Rechnung (BMVEL 2005, S. 7). Anstelleproduktbezogener Flächenprämien erhalten die Land-wirte ab 2005 von der Produktion nahezu vollständig ab-gekoppelte finanzielle Direktbeihilfen. Durch die Ver-knüpfung der Direktzahlungen mit der Einhaltung vonStandards u. a. des Umwelt- und Tierschutzes, sowie derLebens- und Futtermittelsicherheit (Cross Compliance)wird deutlich, dass die Direktzahlungen zunehmend zueinem Entgelt für die von der Gesellschaft gewünschtenund von der Landwirtschaft zu erbringenden bzw. er-brachten Leistungen ausbaut werden.

Durch die Entkopplung der Direktzahlungen von der Pro-duktion werden sich die Preise für nahezu alle Agrarpro-dukte zukünftig stärker nach den Angebots- und Nachfra-geverhältnissen auf dem Weltmarkt richten. Aufgrund desÜberangebots an Nahrungsmitteln auf dem Weltmarkt imHinblick auf die Verteilung der Kaufkraft und der starkenKonzentration und Marktmacht im nationalen und inter-nationalen Lebensmittelhandel wird mittelfristig tenden-ziell von weiter niedrigen oder gar sinkenden Preisen fürAgrarprodukte (insbesondere für Milch, Roggen, Zucker,Rindfleisch) ausgegangen.

Ob die Preise für Betriebsmittel gleichfalls sinken wer-den, ist angesichts der derzeit stark steigenden Energie-preise eher zweifelhaft. Mittelfristig dürften die meistenVorleistungen und Betriebsmittel – insbesondere die ener-gieintensiven Produkte – deutlich teurer werden. Sin-kende Produktpreise bei gleich bleibenden oder gar stei-genden Faktorpreisen erhöhen den Leistungs- undRationalisierungsdruck auf die landwirtschaftlichen Un-ternehmen. Die Landwirte können auf diesen Druckdurch Extensivierung der Produktion – zur Reduktion dervariablen Kosten –, Verzögerung von Investitionen, Di-versifikation der Produktion, Erschließung neuer Wegezur Einkommenserzielung (z. B. nachwachsende Roh-stoffe für Biogasanlagen) oder Betriebsvergrößerung– um Skaleneffekte zu nutzen – reagieren.

Eine generelle Extensivierung der Produktion als Folgesinkender Erzeugerpreise bzw. Einkommen konnte in derVergangenheit ebenso wenig beobachtet werden wie einezunehmende Diversifikation der Produktion – im Gegen-

teil: die Betriebe haben sich noch stärker spezialisiert –und wird auch mittelfristig eher nicht erwartet. Die Aus-wirkungen der Entkopplung und des sich zukünftig eherverschlechternden Preis-Kosten-Verhältnisses in derPflanzenproduktion auf konkrete betriebsspezifische Pro-duktionsstrukturen und Produktionsintensitäten hängenentscheidend von den jeweiligen Produktionsbedingun-gen, insbesondere von den Klima- und Bodenverhältnis-sen, ab. Beispielsweise werden Marktfruchtbaubetriebe,die vor der Entkopplung Bullen gehalten haben, ceterisparibus die Bullenmast reduzieren und vermehrt Markt-früchte anbauen bzw. schlechte Ackerböden „mulchen“,während reine Marktfruchtbaubetriebe auf Agrarstandor-ten mit hoher Produktivität wahrscheinlich die grundle-genden Bewirtschaftungsprinzipien und Produktions-intensitäten zukünftig weitestgehend beibehalten werden.

Bei den Überlegungen zur Entwicklung des Preis-Kosten-Verhältnisses in der Pflanzenproduktion und deren Folgenist zu berücksichtigen, dass sich dieses zukünftig durchWeiter- und Neuentwicklungen verändern kann. Vor demHintergrund eines anhaltenden züchterischen und techni-schen Fortschritts sowie eines wirksameren Technikein-satzes wird mit kontinuierlichen Ertragssteigerungen derwichtigsten Kulturpflanzenbestände von mindestens2 Prozent jährlich gerechnet (Brown 1997, nach Werner/Christen 2004). Höhere Erträge können in Verbindungmit einer zumindest gleich bleibenden oder gar steigen-den Effizienz der landwirtschaftlichen Produktion – z. B.durch den Einsatz von PA – dazu beitragen, die Kostender landwirtschaftlichen Produktion zu verringern. Auchdeshalb erscheint es ungewiss, ob niedrige Erzeuger-preise und steigende Betriebsmittelpreise langfristig zueiner Begünstigung eher extensiver Produktionsverfahrenführen werden und auf ungünstigen Produktionsstand-orten die landwirtschaftliche Nutzung aufgegeben oderdurch Landschaftspflegemaßnahmen ersetzt wird.

Insgesamt scheint es jedoch derzeit einen Trend zu gebenhin zu landwirtschaftlichen Produktionsverfahren mit ei-nem reduzierten Einsatz an Arbeit, Kapital und Betriebs-mitteln, insbesondere durch Nutzung (neuer) arbeitsspa-render Verfahren und Technologien sowie eine effektiveAuslastung der vorhandenen Gerätetechnik. In der Pflan-zenproduktion werden Einsparungspotenziale hauptsäch-lich bei der Bodenbearbeitung (z. B. konservierendeBodenbearbeitung) und Erntetechnik gesehen. Die land-wirtschaftlichen Betriebe werden angesichts der Unsi-cherheit über die weitere Entwicklung der Erzeuger- undBetriebsmittelpreise außerdem versuchen, Kosten da-durch einzusparen, dass sie auf Investitionen vorerst ver-zichten oder sie auf einen späteren Zeitpunkt verschieben.Experten rechnen mit einem allgemein sinkenden Investi-tionsvolumen auch bei steigender Betriebsgröße. Aller-dings gibt es Bereiche wie den Pflanzenschutz, in denenaufgrund gesetzlicher Auflagen die Investitionen durchteurer werdende Maschinen auch steigen können. DieTaktik, Investitionen einzusparen, ist jedoch ein riskanterWeg, da sich die langfristige Wettbewerbsfähigkeit derBetriebe eher verschlechtert, wenn Investitionen zu oftaufgeschoben werden.


Ein anderer Weg, die Produktionskosten zu senken, be-steht darin, die bewirtschaftete Fläche pro Arbeitskraft zusteigern, z. B. durch den Einsatz von Geräten mit höhererLeistungsfähigkeit und eine Vergrößerung der bewirt-schafteten Fläche. Allerdings kann die Agrarreform durchdie Gewährung von Flächenprämien zu einer Verlangsa-mung des Strukturwandels in der Landwirtschaft führenund eine rasche Vergrößerung der Bewirtschaftungsflächebehindern.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die skizzier-ten Unsicherheiten über die zukünftige Entwicklung derPreise für Agrarprodukte und Betriebsmittel (sowiePachtflächen) gegenwärtig viele Betriebe davon abhalten,in neue Techniken wie PA zu investieren, da diese einenzusätzlichen Kapitaleinsatz und anfänglich einen erhöh-ten Managementaufwand erfordern und in erster Linie zueinem effizienteren Umgang mit Betriebsmitteln, abernur bedingt zur raschen Verbesserung der Betriebsein-kommen beitragen können. Mit der Agrarreform ver-schlechtern sich somit teilweise die Voraussetzungen füreine rasche und breite Diffusion von PA in die landwirt-schaftliche Praxis. Andererseits könnte der Einsatz vonPA als informationsgeleitetes Managementsystem zu-künftig auf stärkeres Interesse bei den Landwirten stoßen,weil sie zur Analyse, Entscheidungsfindung und Gestal-tung pflanzenbaulicher Maßnahmen eingesetzt werdenkann und so Kostensenkungs- und Ertragssteigerungs-potenziale identifiziert und realisiert werden könnten.Des Weiteren könnten PA-Techniken auch in arbeitsspa-rende, extensivere Anbauverfahren (z. B. teilflächenspe-zifische Bearbeitungsintensität oder -tiefe bei der konser-vierenden Bodenbearbeitung) integriert werden, was beiausreichend niedrigen Anschaffungspreisen zu wirt-schaftlichen Vorteilen insbesondere für große Betriebeführen kann. Wenn außerdem zukünftig PA-Technikenangeboten würden, die weitestgehend eine Automatisie-rung der PA-spezifischen Arbeitsabläufe gewährleisten,so können diese Techniken auch unter zunehmendemWirtschaftlichkeitsdruck und wachsenden Anforderungenan Umweltschutz und Dokumentation für mehr landwirt-schaftliche Betriebe wirtschaftlich interessant werden.

4. Förderung der Anwendung und Diffusion von Precision Agriculture

Während im Industrie- und Dienstleistungssektor die Ein-führung von Navigationssystemen zu neuen wirtschaftli-chen Impulsen führte, ist seit der Einführung des PA-Konzeptes in der Landwirtschaft vor rund zehn Jahren dieVerbreitung teilflächenspezifischer Landbewirtschaftungimmer noch recht unbedeutend. Die Hauptursache hierfürist die problematische Beurteilung der Wirtschaftlichkeit,auch bedingt durch die niedrigen bzw. sinkenden Preisefür landwirtschaftliche Erzeugnisse. Wenn sich an diesenRahmenbedingungen nichts ändert (oder keine speziellenAnreize geschaffen werden), kann man auch zukünftignur von einer geringen Diffusion der PA-Technik ausge-hen. Damit würden auch die erzielbaren positiven Nach-haltigkeitseffekte (insbesondere im Pflanzenschutz undbei der Düngung) von PA nur bescheiden ausfallen.

Nachfolgend werden verschiedene Wege aufgezeigt, wiedie Diffusion von PA-Anwendungen durch Maßnahmender öffentlichen Hand gefördert werden könnte. Dabeisollten auch noch offene Forschungsfragen beantwortetwerden und in der gesellschaftspolitischen Bewertungweitgehend Konsens darüber erzielt werden, dass derEinsatz von PA einen Weg zur nachhaltigen Entwicklungder Landwirtschaft darstellt.

Eine Möglichkeit, die Diffusion von PA zu unterstützen,besteht darin, die Markteinführung durch einen Investi-tionszuschuss für innovative Produktionsverfahren zufördern. Nach einer breiten Etablierung von PA am Käu-fermarkt sind signifikante Kostensenkungen durch Se-rienproduktionen von PA-Techniken mit ausreichend ho-hen Stückzahlen denkbar. In der Folge könnte sich dannein Preisniveau einstellen, das in Relation zum erwartetenNutzen eine selbsttragende weitere Marktdurchdringungermöglicht. Auf der anderen Seite können sowohl Maß-nahmen zur Verteuerung umweltbelastender Betriebsmit-tel als auch entsprechende Vorschriften zum Umgang mitdiesen Betriebsmitteln bzw. zur räumlich und zeitlich dif-ferenzierten Dokumentation der Maßnahmen zu einerFörderung der Anwendung von PA in der betrieblichenPraxis führen.

Ein anderer Weg, die Einführung, Verbreitung und Etab-lierung von PA-Techniken zu fördern, stellen Pilotpro-jekte in der landwirtschaftlichen Praxis dar. Dabei wäredarauf zu achten, dass bei einer Eignung des Verfahrensnach Abschluss der Pilotprojekte die Fortführung der ge-förderten Wirtschaftsweise in den Betrieben gewährleis-tet ist. Von großer Bedeutung für eine Ausbreitung derAnwendung von PA ist die öffentlichkeitswirksame Ver-breitung relevanter Erfahrungen mit PA-Anwendungen,so dass diese von weiteren Betrieben übernommen wer-den können. Um die Zukunftsaussichten von PA-Tech-niken mittel- bis langfristig zu verbessern, sollte dieWissensvermittlung über PA nicht auf Betriebsebene be-schränkt bleiben. Das Wissen über PA sollte in der Meis-terausbildung und der studentischen Ausbildung anHochschulen fest verankert werden. Dies ist bereits an ei-nigen Lehreinrichtungen in Deutschland (z. B. TU Mün-chen, Humboldt-Universität zu Berlin, FH Neubranden-burg) verwirklicht worden.

Auch im Bereich der landwirtschaftlichen Beratung undWeiterbildung besteht Handlungsbedarf zur Förderungder Kenntnisse über PA. Um PA praktizieren zu können,müssen zum Teil neue Kenntnisse erworben werden. Diesbetrifft das pflanzenbauliche Wissen, Managementfor-men, die Bedienung von Geräten und Sensoren sowie denUmgang mit immer leistungsfähiger werdender Software.Mit der Förderung von zielgerichteten, regional organi-sierten Qualifizierungsmaßnahmen könnte eine wirksameUnterstützung zum Wissenstransfer geleistet werden.

Ein weiteres Verfahren zur aktuellen und entgeltfreienVermittlung von Information über PA ist das Internet.Hier können eine Vielzahl an Informationen auf einerPlattform gebündelt und für jedermann zugänglich bereit-gestellt werden. Die Förderung eines Informationssys-tems PA im Internet wäre ein wirkungsvoller Beitrag zurFörderung und Verbreitung des PA-Wissens in der Praxis.


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Anhang

1. TabellenverzeichnisSeite

Tabelle 1 Grundsätzliche PA-Verfahrenstypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Tabelle 2 Übersicht Datenquellen und ihre Verwendung im Offline-verfahren 16

Tabelle 3 Kenngrößen einzelner DGPS-Betriebsarten . . . . . . . . . . . . 20

Tabelle 4 Onlineansätze zur teilflächenspezifischen Stickstoff-düngung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Tabelle 5 Übersicht über Kosten und Fördermittel von EU-Projekten zu PA und verwandten Themenbereichen . . . . . . . . . . . . . . 39

Tabelle 6 Kosten für Korrektursignale mit Genauigkeiten im Meter-bereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Tabelle 7 Kenngrößen für DGPS-gestützte automatische Traktor-lenkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Tabelle 8 Investitionskosten für beispielhafte PA-Anwendungen . . . . 47

Tabelle 9 Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Düngung mit Phosphat und Kalium in Winterweizen . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Tabelle 10 Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Stickstoff-düngung in Winterweizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Tabelle 11 Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Herbizid-applikation in Winterweizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Tabelle 12 Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Wachstums-reglerapplikation in Winterweizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Tabelle 13 Mindestnutzflächenbedarf zum wirtschaftlichen Einsatz von PA-Verfahren in Winterweizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Tabelle 14 Umwelt- und naturschutzrelevante Ziele und Indikatoren mit Relevanz für die Landwirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75


2. AbbildungsverzeichnisSeite

Abbildung 1 Teilbereiche des präzisen Ackerbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Abbildung 2 Arbeitsweise einer Pflanzenschutzmittelspritze (Onlineverfahren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Abbildung 3 Gerät EM38 zur Messung der elektrischen Boden-leitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Abbildung 4 Prinzipieller Aufbau des differenziellen GPS . . . . . . . . . . . 19

Abbildung 5 CROP-Meter zur Messung der Pflanzenmassedichte für die Stickstoffdüngung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Abbildung 6 Prinzip der Nahinfrarot-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Abbildung 7 Proteingehalt eines Winterweizenfeldes . . . . . . . . . . . . . . . 35

Abbildung 8 Beispielhafte Darstellung der Bodenheterogenität eines Feldes auf der Grundlage von Ackerzahlen . . . . . . . . 42

Abbildung 9 Verteilung der Stickstoffapplikationsmenge eines Praxisbetriebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Gesamtherstellung: H. Heenemann GmbH & Co., Buch- und Offsetdruckerei, Bessemerstraße 83–91, 12103 BerlinVertrieb: Bundesanzeiger Verlagsgesellschaft mbH, Amsterdamer Str. 192, 50735 Köln, Telefon (02 21) 97 66 83 40, Telefax (02 21) 97 66 83 44

ISSN 0722-8333

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