Vom All auf den Acker: So profitiert die Landwirtschaft von der Raumfahrt

Außerirdisches Leben, Apollo 13, Weltraumraketen, Asteroidenhagel und viel Science-Fiction – das verbinden wahrscheinlich viele mit dem Thema Raumfahrt. Was die meisten nicht wissen: Die Weltraumforschung ist bereits in vielen Lebensbereichen fest verankert und vereinfacht unseren Alltag erheblich – so auch in der Landwirtschaft. Wir haben uns angeschaut, wie die Raumfahrttechnik die Landwirtschaft „smarter“ macht.

Wir stehen unter Dauerbeobachtung: Über uns im Weltall kreisen eine Vielzahl an Satelliten, die ununterbrochen Daten über unsere Erde sammeln. Dazu gehören auch die Sentinel-Satelliten des europäischen Programms „Copernicus“. Das Programm ist ein umfassendes Erdbeobachtungssystem, das seit dem Jahr 2014 Informationen über den Zustand unserer Umwelt liefert. Mithilfe dieser Daten können wir vielfältige gesellschaftliche und wirtschaftliche Prozesse verbessern – ähnlich wie Fitnesstracker uns mithilfe von Daten über unsere Herzfrequenz oder unsere Schlafqualität dabei helfen, uns selbst zu optimieren. So ermöglicht es die Erdbeobachtung, Klimaveränderungen zu prognostizieren, die Einhaltung von Umweltabkommen zu überwachen, natürliche Ressourcen zu managen oder Naturkatastrophen zu bewältigen. Im Bereich der Landwirtschaft können wir die Satelliteninformationen nutzen, um effizienter, ressourcenschonender und nachhaltiger zu agieren. Dadurch leistet die Raumfahrt einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz.

Mehr als nur Schnappschüsse aus dem All

Die Satelliten erfassen Informationen über das Wetter und das Klima, welche zu den wichtigsten Einflussfaktoren in der Landwirtschaft zählen. Gleichzeitig liefern sie Datenmaterial über landwirtschaftliche Flächen – und das in einer sehr genauen räumlichen Auflösung von 10 mal 10 Metern. Dabei sammeln sie sowohl optische Daten der Acker als auch Radardaten, die anders als optische Informationen auch durch Wolkendecken hindurch aufgenommen werden können. Mithilfe der Informationen aus dem All kann der Zustand des Bodens wie die Bodenfeuchtigkeit gemessen werden. Darauf basierend können Landwirte entscheiden, welche Kulturen sich für die Aussaat eignen und das perfekte Timing bestimmen. Während des Pflanzenwachstums helfen die Satellitenbilder, den Zustand der Pflanzen zu analysieren. Durch die Bestimmung des Chlorophyllgehalts – der Farbstoff, der die Pflanzen grün färbt – der Identifizierung von Unkrautnestern oder der Pflanzendichte lassen sich beispielsweise Aussagen treffen, welche Pflanzen an Krankheiten, Schädlingen oder Trockenheit leiden. Daraus lassen sich Dünge- und Bewässerungsempfehlungen ableiten. Auch geben die Bilder von oben Aufschluss über das Ertragspotential eines Feldes und wann der richtige Erntezeitpunkt ist – und das sogar spezifisch für einzelne Bereiche eines Feldes.

Big Data auf den Acker bringen

Die Unmengen an Daten, die die Erdbeobachtung liefert, werden von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) für jeden kostenlos zur Verfügung gestellt. Die Landwirte können mit den Rohdaten aber noch nicht viel anfangen. Die relevanten Fakten müssen zunächst aus dem riesigen Informationspool herausgefiltert und einfach sowie verständlich aufbereitet und ausgewertet werden. Das übernehmen Universitäten, Forschungseinrichtungen oder andere Dienstleister, die daraus konkrete Produkte für Landwirte generieren.

Bei der Aufbereitung und Nutzbarmachung der Daten für die Landwirtschaft gibt es zwei unterschiedliche Entwicklungsstufen: Precision Farming und Smart Farming.

Mit höherer Präzision zu höheren Erträgen

Das Precision Farming bietet digital aufbereitete Informationen, bzw. digitale Anwendungen wie Wetter-Apps, die den Landwirt dabei unterstützen, fundierte Entscheidungen zu treffen und die Genauigkeit seiner Prozesse zu steigern. Es geht darum, mithilfe digitaler Verfahrenstechniken Felder präzise, zielgerichtet und teilflächenspezifisch zu bewirtschaften. Hierzu gehört beispielsweise die perfekte Lenkung von landwirtschaftlichen Maschinen mittels GPS bei Aussaat oder Ernte, was den Fahrer entlastet, Zeit und Treibstoff spart und so auch die Umwelt schont. Ein anderes Beispiel ist die sensorgesteuerte Bestimmung des Stickstoffbedarf einzelner Pflanzen während ihrer Wachstumsphase. Dadurch kann der Landwirt sehen, welche Teile seines Feldes er mit wieviel Dünger behandeln muss und diesen mithilfe von Sensoren gezielt einsetzen.

Der Landwirt als Herr der Daten

Smart Farming – oft auch Farming 4.0 oder Digital Farming genannt, ist die nächste Stufe der Digitalisierung in der Landwirtschaft: Digitale Daten und Technologien werden hier angewandt, um komplexe landwirtschaftliche Prozesse zu optimieren. Es geht also nicht mehr nur um den Einsatz einer intelligenten Maschine, sondern die Vernetzung des gesamten Betriebs und die gezielte Auswertung der Daten. Ziel ist es, dass landwirtschaftliche Maschinen Daten nicht mehr nur erfassen, sondern weitestgehend selbstständig vergleichen, auswerten und empfohlene Handlungen umsetzen. Der Landwirt wird dann zum Farm- bzw. Daten-Manager. Voraussetzung für eine Farm 4.0, für einen intelligent vernetzten landwirtschaftlicher Betrieb, ist eine leistungsstarke digitale Infrastruktur, die den Datenaustausch zwischen Maschinen und Anwendungen ermöglicht. Und das wichtigste natürlich: Daten, die die Satelliten auf ihrer Erkundung im All sammeln.

Smart Farming

Für die Bestimmung des Stickstoffbedarfs der Pflanzen bedeutet das, dass die Sensoren die Werte der Pflanzen messen und diese automatisch mit langjährigen Erfahrungswerten und anderen gesammelten Informationen zum Pflanzenwachstum auf dem Feld abgleichen. Daraus wird dann eine Düngeempfehlung abgeleitet.

Auf dem Weg zur Farm 4.0

Heute schon setzen mehr als 8 von 10 Landwirten digitale Technologien in der Landwirtschaft ein. Dadurch können sie ihre Produktivität deutlich steigern und gleichzeitig umweltschonender agieren, indem sie Dünger, Pflanzenschutzmittel oder Wasser einsparen. Digitale Anwendungen leisten dadurch bereits heute einen wichtigen Beitrag, um die Nahrungsmittelproduktion effizienter zu gestalten und die Lebensmittelversorgung einer stetig wachsenden Weltbevölkerung in Zukunft sicherzustellen – und das unter zunehmend schwieriger werdenden Rahmenbedingungen wie knappe natürliche Ressourcen, begrenzte Ackerflächen, sich wandelnde Ernährungsgewohnheiten und klimatische Veränderungen. Gleichzeitig verbirgt sich in der Verarbeitung und Anwendung der digitalen Daten und Produkte noch ein riesiges Potenzial, um nicht nur einzelne Verfahren zu digitalisieren, sondern alle Prozesse in der Landwirtschaft miteinander zu vernetzen.