Produktionsfunktionen und Precision Farming
Peter Wagner(1)

Precision Farming oder Präzisionspflanzenbau oder kleinräumige Bestandesführung bedeutet: Aussaat, Düngung und Pflanzenschutz gemäß den Unterschieden im Boden und Pflanzenbestand bemessen. Voraussetzung dazu ist die Erfassung kleinräumiger Unterschiede hinsichtlich der für das Pflanzenwachstum relevanten Faktoren, beispielsweise Bodengüte, Dünger- und Wasserverfügbarkeit oder anderen Faktoren, wie beispielsweise des Ertrages. Die Erfassung dieser Variablen und die räumlich differenzierte Ausbringung von Produktionsfaktoren erfolgt dabei mit elektronisch gesteuerten Maschinen und Geräten, die von GPS-Satelliten für die exakte Positionsbestimmung auf dem Feld ihre Signale erhalten. Precision Farming verspricht eine erheblich verbesserte Effizienz des Ressourceneinsatzes und reduziert die Verschwendung von Produktionsfaktoren.

Precision Farming ermöglicht die zeitnahe Regelung von Pflanzenbeständen nach Standortpotential und aktuellem Versorgungszustand der Pflanzen mit bodengebundenen Wachstumsfaktoren. Voraussetzung dazu ist allerdings ein etwas komplexerer Ansatz des Precision Farming, als im allgemeinen propagiert: Für diese zeitnahe Regelung müssen einerseits Informationen aus der Vergangenheit (z.B. Ertragskarten) und andererseits aktuelle Informationen über Nährstoff- und Wasserversorgung der Pflanzen (z.B. über Sensoren erfaßt) kombiniert werden können; solche Systeme werden als „Realtime-Systeme mit Map-Overlay" bezeichnet (vgl. AUERNHAMMER, 1998; WAGNER, 1999).

Von elementarer Bedeutung für die Bemessung der auszubringenden Produktionsfaktoren, insbesondere des Stickstoffs, ist dabei die Wahl der zugrundeliegenden Produktionsfunktion. Produktionsfunktionen dienen ja nicht nur, das Pflanzenverhalten in Abhängigkeit von Inputs darzustellen, sondern auch das optimale Inputniveau zu finden!

Die zugrundegelegte Produktionsfunktion hat ebenfalls Einfluß auf die notwendige Menge des auszubringenden Faktors; bei Annahme klassischer bzw. neoklassischer Ertragsfunktionen (z.B. Gesetz vom abnehmenden Ertragszuwachs) ist die benötigte Menge an Wachstumsfaktoren zur Erreichung der optimalen speziellen Intensität c.p. höher, als bei linear limitationalen Produktionsfunktionen (z.B. Liebig-Ertragsfunktion). Zu diesem Ergebnis kamen etwa GRIMM et al. (1987) sowie CERRATO und BLACKMER (1990). Die bisher unbeantwortete Frage lautet: Welcher Typ von Produktionsfunktionen spiegelt die tatsächlichen Zusammenhänge zwischen Faktorinput und Ertrag besser wider?

Ausführlich widmet sich KUHLMANN (1992) dieser Fragestellung, wenngleich damals das Problem noch nicht in Zusammenhang mit Precision Farming beleuchtet werden konnte. KUHLMANN argumentiert, dass die Liebig-Ertragsfunktion, die im Gegensatz zum Gesetz des abnehmenden Ertragszuwachses (vgl. Abbildung 1) einen proportionalen Anstieg des Ertrages bei Variation eines Wachstumsfaktors unterstellt, bis ein anderer der übrigen in bestimmter Menge vorhandenen Wachstumsfaktoren ins Minimum gerät, auf (theoretisch) völlig homogenen Standorten und bei (theoretisch) völlig identischem Pflanzenmaterial das Pflanzenwachstum in Abhängigkeit vom variierten Produktionsfaktor treffend wiedergibt. Denn: „Wenn ... der Ertrag chemisch eindeutig definiert ist und die im Produkt festgestellten Elemente als "Wachstumsfaktoren" zugeführt sein müssen, dann kann eigentlich nur die LIEBIG'sche Logik im Vergleich zur empirischen Evidenz des Gesetzes vom abnehmenden Ertragszuwachs zutreffen." (KUHLMANN, 1992, S. 225)

Voraussetzung für die Gültigkeit des LIEBIG'schen Ertragsgesetzes ist, wie bereits angedeutet, völlige Homogenität der wachstumsbestimmenden Bedingungen für die Pflanze. KUHLMANN zeigt dies für das Saatgut (genetisches Potential) und für das Versorgungsniveau bodengebundener Wachstumsfaktoren in einer Parzelle. Letzteres soll auch hier zur Veranschaulichung dienen.

KUHLMANN führt dazu folgendes aus (1992, S. 227): Auch bei Verwendung von kloniertem Saatgut kann man feststellen, dass (z.B. bei Kartoffeln) der Ertrag von Einzelpflanze zu Einzelpflanze selbst dann variiert, wenn prinzipiell allen Einzelpflanzen die gleichen Mengen eines variierten Wachstumsfaktors (z.B. Stickstoff) zugeführt werden. Eine Erklärung dafür ergibt sich, wenn man realistischerweise annimmt, dass die Versorgungsniveaus mit den nichtvariierten bodengebundenen Wachstumsfaktoren (z.B. andere Nährstoffe, Wasser usw.) auch innerhalb einer Parzelle von Standraum zu Standraum, also letztlich von Einzelpflanze zu Einzelpflanze variieren. Nimmt man nun an, dass einer dieser bodengebundenen Wachstumsfaktoren zum Minimumfaktor im Sinne LIEBIGs wird und innerhalb einer Parzelle von Einzelpflanze zu Einzelpflanze in seinem verfügbaren Umfang schwankt, dann ergibt sich - falls man wieder Liebig-Funktionen für jede Einzelpflanze annimmt - prinzipiell die Darstellung in Abbildung 2.

Einige Pflanzen werden auf solchen kleinsträumigen Standorten stehen, wo sie gemäß dem im Minimum befindlichen Wachstumsfaktor lediglich das Ertragsniveau Y1 erreichen können, unabhängig von der Menge des variierten (zugeführten) Wachstumfaktors. Auch die weitere Zufuhr des variierten Wachstumsfaktors wird keine Ertragssteigerung mehr zulassen, weil ein oder mehrere andere Wachstumsfaktoren sich im Minimum befinden. Andere Pflanzen werden auf solchen kleinsträumigen Standorten stehen, deren Versorgung mit nichtvariierten Wachstumsfaktoren das Ertragsniveau Y2, Y3, Y4 bzw. Y5 zulassen, immer vorausgesetzt, dass der variierte Wachstumsfaktor in genügender Menge zur Verfügung steht. Übertragen auf ein Feldstück bedeutet dies, dass es Stellen mit unterschiedlich hohen Erträgen gibt, obwohl von der Zufuhr des variierten Wachstumfaktors (beispielsweise Stickstoff) ein gleichhoher Ertrag an allen Stellen zu erwarten wäre. Das Ausmaß der Schwankungen zwischen niedrigstem und höchstem Ertrag und dem Flächenanteil für unterdurchschnittliche und überdurchschnittliche Erträge hängt von der Heterogenität des Feldstückes ab.

Für die Verteilung des Niveaus der nichtvariierten Wachstumsfaktoren seien die in Abbildung 3 skizzierten drei Funktionen Va, Vb und Vc als Beispiel angenommen. Im Falle von Va seien die nichtvariierten Wachstumsfaktoren ausreichend, fünf verschiedene Ertragsniveaus, nämlich 20, 40, 60, 80 oder 100 dt Ertrag zu erreichen. Diese Ertragsniveauklassen seien jeweils gleichmäßig (je ein Fünftel der Fläche) auf den Pflanzenbestand verteilt. Im Falle Vb ergebe sich eine Dreiecksverteilung, bei der der Flächenanteil der jeweiligen Ertragspotentialklassen nicht mehr gleichmäßig jeweils 20 % beträgt wie bei Va, sondern einen Anteil von 0.1, 0.2, 0.4, 0.2 und 0.1 von der Parzellenfläche für die jeweilige Ertragspotentialklasse. Im Falle der Verteilung Vc sinke die Streuung auf Null, das Ertragspotential von 60 dt wird bei entsprechender Zufuhr des variierten Faktors Xv bei allen Einzelpflanzen gleichermaßen erreicht.

Bei einer angenommenen Relation zwischen Ertrag und dem variierten Faktor, für den Bereich des proportionalen Ertragsanstiegs beispielsweise von 2 zu 1, ergeben sich nun bei einem Pflanzenbestand, je nach angenommener Verteilung des Ertragspotentials der Einzelstandorte, die in Übersicht 1 angenommene Gesamtertragsentwicklung und die in Abbildung 4 dargestellten korrespondierenden Gesamtertragsfunktionen. Man sieht: Obwohl jede Einzelpflanze einer Liebig-Funktion gehorcht, ergibt sich für einen Pflanzenbestand nur dann eine Liebig-Funktion, wenn die kleinsträumigen Pflanzenstandorte keine Streuung aufweisen, sprich: Völlige Homogenität der Standräume vorherrscht. In allen anderen Fällen ergeben sich Funktionen, die eher das „Gesetz vom abnehmenden Ertragzuwachs" widerspiegeln.

Soweit die Ausführungen KUHLMANNs zu dieser Problematik. Der Zusammenhang mit Precision Farming ist offensichtlich: Je mehr es gelingt, Standräume kleinsträumig zu homogenisieren, um so eher scheint es zu rechtfertigen zu sein, als Ertragsfunktion von dem LIEBIG'schen Gesetz des Minimums auszugehen. Hinter Precision Farming steht ja das Ziel, die Verschwendung von variierten Wachstumsfaktoren so gering wie möglich zu halten. Dies wird erreicht werden, in dem wir nicht mehr einen ganzen Schlag einheitlich behandeln, wie in Abbildung 5 angedeutet, sondern vielmehr einem jeden kleinräumigen Standort die Dosis an variierten Wachstumsfaktoren zugekommen lassen, die seinem Ertragspotential entspricht (Abbildung 6).

Je besser dies gelingt, desto weniger werden wir mit dem Problem zu tun haben, dass wir einerseits Teilschläge in unserem Schlag haben in denen das Ertragspotential nicht erreicht wird (weil der variierte Wachstumsfaktor in zu geringer Menge zugeführt wurde) oder dass andererseits Teile des zugeführten variierten Wachstumsfaktors verschwendet werden (weil die natürlichen Standortbedingungen der Parzelle ein hohes Ertragspotential nicht zulassen). Insgesamt also werden die physischen und natürlich auch ökonomischen Verschwendungen um so geringer sein, je geringer die Streuung des Ertragspotentials eines kleinräumigen Standortes (Teilschlag) ist und je besser die Versorgungsniveaus der einzelnen Teilschläge mit variierten Wachstumsfaktoren dem Ertragspotential angepaßt werden können.

Was einleuchtend klingt, verursacht in der Praxis jedoch (noch) erhebliche Probleme. Unabhängig von der technischen Realisierbarkeit des Precision Farming, an der an vielen Orten derzeit intensiv gearbeitet wird, ergibt sich die Frage, wie groß das Potential der Betriebe ist, für die Precision Farming rentabel erscheint. Breite Akzeptanz von Precision Farming ist nur dann zu erwarten, wenn damit ein direkter einzelbetrieblicher Vorteil verbunden ist. Selbst wenn signifikante volkswirtschaftliche Nutzen (im Sinne von einer umweltschonenderen Wirtschaftsweise) - die mittlerweile nicht mehr in Frage gestellt werden - damit verbunden sind, wird sich Precision Farming nicht durchsetzen, wenn nicht ein jeder Landwirt für sich einen einzelbetrieblichen Vorteil daraus ziehen kann. Wie es um die Wirtschaftlichkeit des Precision Farming nach dem derzeitigen Stand der Dinge bestellt ist, soll im folgenden diskutiert werden.

Die Wirtschaftlichkeit von Precision Farming wird unter anderem von folgenden Determinanten bestimmt, die im einzelnen Erörterung finden sollen:

Notwendige Investitionen für Precision Farming

Um Precision Farming betreiben zu können, müssen Landwirte Investitionen in Technik und Dienstleistungen tätigen. Hier geht es prinzipiell um dreierlei Arten von Investitionen:

Einige dieser Komponenten stehen zur Verfügung, andere werden in naher Zukunft verfügbar sein. Das größte Problem besteht allerdings in der Software, hinter der die "Anwendungslogik" des Präzisionspflanzenbaus steht. Befriedigende Lösungen zu diesem Punkt werden sicher erst in einigen Jahren zur Verfügung stehen.

Ein Überblick über die Investitionskosten für den Einstieg in Precision Farming liefert Übersicht 2. Die Werte sind lediglich als Anhaltspunkt zu verstehen, die sich auf Angebote (Ende 1998) verschiedener Anbieter stützen. Zugrunde liegt der Investitionsbedarf für ein „Mapping-System".

Einfluss der Heterogenität des Standortes und des derzeitigen Düngeniveaus auf die Wirtschaftlichkeit von Precision Farming

Um wirtschaftlich arbeiten zu können, müssen die Investitionsausgaben langfristig abgedeckt werden können über

Die höheren monetären Leistungen bzw. die Potentiale zur Kostensenkung sollen die Mehrkosten der Investitionen decken.

Die Ursachen für den Mehrertrag bzw. den Minderaufwand an Produktionsfaktoren liegt in den Unterschieden der Bewirtschaftungsweise nach pauschalem Vorgehen (einheitliche Bewirtschaftung eines Schlages) und nach dem Vorgehen des Precision Farming (kleinräumige Bewirtschaftung von Teilschlägen). In Abbildung 5 weiter oben ist die herkömmliche Bewirtschaftungsweise bezüglich der Düngung (oder generell: Der Bestimmung des Aufwandsniveaus an Produktionsfaktoren) für einen Schlag gezeigt. Bezüglich der Düngung wird von einer durchschnittlichen Ertragserwartung des Schlages, hier 70 dt, ausgegangen und entsprechend dieser Ertragserwartung nach Entzug und vorhandenem Bodenstickstoff die Aufwandmenge einheitlich für den gesamten Schlag bestimmt.

In Abbildung 6 (weiter oben) wurde die Bestimmung des Aufwandniveaus an Stickstoffdünger für einen Schlag nach dem Vorgehen des Präzisionspflanzenbaus gezeigt. Die verschiedenen Teilflächen haben unterschiedliche Ertragspotentiale, für die jeweils nach den örtlichen Gegebenheiten die Düngeraufwandmenge bestimmt werden kann. Es existieren Flächen mit höherem Ertragspotential und Flächen mit niedrigerem Ertragspotential, die entsprechend den Erfordernissen mit mehr oder weniger Stickstoff versorgt werden müssen. Das Maß der Streuung des Düngeraufwandes innerhalb der verschiedenen Teilflächen eines Schlages hängt maßgeblich von der Heterogenität der Fläche ab. Beispielsweise wurden auf einem 28 ha Schlag Bodenzahlen von 19 bis 70 gefunden (ALBERT, 1997). Bei Nmin-Beprobungen in benachbarten Parzellen wurden auf einem Schlag Werte von 21 und 75 kg Stickstoff pro ha gemessen (STENGER et al., 1993, S.305). In einem Schlag (tertiäres Hügelland), der kürzlich im Rahmen des Weihenstephaner DFG-Projektes „Informationssysteme kleinräumige Bestandesführung" vermessen wurde, wurden gravierende Unterschiede bezüglich der Bodenbeschaffenheit innerhalb des AP-Horizonts und den Kiesanteilen benachbarter Bodenproben gefunden. In Abbildung 7 ist zu sehen, dass die Kiesanteile beispielsweise von 6 bis 55 % innerhalb kürzester Distanzen schwanken und dass bei direkt benachbarten Bodenproben praktisch das gesamte Spektrum an Bodenarten, von lehmigem Sand bis sandigem Lehm, gefunden wurden; dass bei solchen Heterogenitäten unterschiedliche Erträge realisiert werden, die natürlich auch ein unterschiedliches Aufwandniveau an Produktionsfaktoren bedingen, liegt auf der Hand.

Die Konsequenzen solcher Heterogenitäten werden im folgenden dargestellt. In Abbildung 8 sind zunächst mögliche Effekte teilschlagbezogener Bewirtschaftung für einen heterogenen Standort im Vergleich zur gleichmäßigen Bewirtschaftung des gesamten Schlages dargestellt.

Das Ertragspotential auf diesem Acker reiche von 56 dt auf den schlechteren Parzellen bis 84 dt auf den besseren Parzellen, angedeutet durch die von links nach rechts fallende Linie (Streuung der Heterogenität ± 20 %: 70 dt ± 14 dt). Im Rahmen einer Ertragskartierung sei dieser Schlag in fünf gleichgroße Heterogenitätsklassen bezüglich des Ertrages eingeteilt, die, wie auf der Abszisse dargestellt, jeweils 20 % der Fläche ausmachen (entspricht der Verteilung Va in Abbildung 3). Bisher wurde dieser Schlag (dicke horizontale Linie) einheitlich auf 70 dt Ertag mit 140 kg N gedüngt. Die Konsequenz hieraus ist, dass auf der einen Seite auf den Flächen hohen Ertragspotentials auf Ertrag verzichtet wurde (Fläche I, II und 50 % von III) und andererseits auf den Flächen niedrigen Ertragspotential (50 % von III, IV und V) Dünger verschwendet worden ist. Durch die differenzierte Behandlung der Flächen kann nun mehr Ertrag realisiert und Düngerverschwendung reduziert werden. An der Gesamtmenge ausgebrachten Stickstoffs ändert sich im vorliegenden Fall nichts; die auf den Flächen niedrigen Ertragspotentials weniger auszubringende Menge muß, bei kleinräumiger Bestandsführung und teilflächenspezifischer Düngung für die Flächen hohen Ertragspotentials, zusätzlich aufgewandt werden. Insgesamt jedoch steigt durch dieses Vorgehen die Effizienz der eingesetzten Produktionsfaktoren, hier: des Stickstoffs, da ein beträchtlicher Mehrertrag mit gleichem Aufwand realisiert würde.

Es gibt auch Schläge niedrigerer Heterogenität, also annähernd homogene Standorte. Die Effekte des Präzisionspflanzenbaus auf solchen Standorten fallen nicht so deutlich aus, wie Abbildung 9 zeigt.

Hier wird von einer Streuung der Heterogenität hinsichtlich des Ertragspotentials von ± 5 % (70 dt ± 3,5 dt) ausgegangen. Die Fläche des möglichen Mehrertrages durch teilflächenspezifische Bewirtschaftung fällt hier wesentlich kleiner aus als in Abbildung 8. Gleiches gilt für die Fläche auf der Stickstoff zu sparen ist.

In der Praxis jedoch ist zu beobachten, dass Landwirte nicht auf das durchschnittliche Ertragspotential ihres Schlages düngen, sondern ihre Düngerstrategie eher auf das Ertragspotential der besten Teilflächen des Schlages abstimmen. Sie arbeiten also mit einem gewissen Düngerzuschlag. Dies ist in Abbildung 10 dargestellt. Es herrschen zunächst die gleichen Bedingungen wie in Abbildung 8, lediglich wird mit einem Düngerzuschlag gearbeitet, so dass nicht mehr 140 kg Stickstoff, sondern 150 kg Stickstoff pro ha angeboten werden. Hier ist also deutlich die Orientierung am höheren Ertragspotential zu sehen. Dies bedeutet gleichzeitig, dass der zu erwartende Mehrertrag bei teilflächenbezogener Bewirtschaftung geringer ausfällt, während nun eine tatsächliche Düngerersparnis eintritt.

Dies scheint der Praxis am nächsten zu kommen, denn die aus Versuchen dokumentierten Mehrerträge erreichen auch auf sehr heterogenen Standorten kaum mehr als 5 % im Vergleich zur einheitlichen Bewirtschaftung, während die Stickstoffeffizienz gesteigert werden konnte (EHLERT/WAGNER, 1997, S.27). Dies bedeutet nichts anderes, als dass in der Vergangenheit auf einem Großteil der Flächen Dünger verschwendet worden ist. Die Auswirkungen des Präzisionspflanzenbaus liegen also vor allem auf der Einsparung von Produktionsfaktoren bzw. in einer besseren Effizienz ihres Einsatzes. Der zu erzielende Mehrertrag wird im Vergleich zur einheitlichen Bewirtschaftung vergleichsweise gering ausfallen.

Einfluss der Fruchtartenstruktur (Betriebsorganisation) auf die Wirtschaftlichkeit von Precision Farming

Verschiedene Studien haben gezeigt, dass das Aufgreifen der Technologie des Precision Farming durch den Landwirt wahrscheinlicher werden dürfte, je mehr die Fruchtfolge mit intensiveren Früchten ausgestattet ist (FERNANDEZ-CORNEJO/KACKMEISTER, 1996; LOWENBERG-DEBOER/SWINTON, 1995). Übersicht 3 zeigt den potentiellen Nutzen, dargestellt in der Deckungsbeitragssteigerung pro ha, durch eine Technologie, die es unter sonst gleichen Bedingungen ermöglicht, den Faktorinput um 10 % zu reduzieren, d.h. weniger Saatgut, weniger Stickstoff und/oder weniger Herbizide auszubringen oder aber in der Lage ist, Ertragssteigerungen um 10 % zu erzielen. Abgeleitet von den - durch das KTBL (1999) - kalkulierten Standarddeckungsbeiträgen sind in der Übersicht die monetären Auswirkungen einer 10 %igen Reduktion des Faktorinputs bzw. Ertragssteigerung für unterschiedliche Fruchtarten aufgelistet. Die Datengrundlage hierzu liefern die weiter unten in Übersicht 4 dargestellten Deckungsbeiträge.

Aus Übersicht 3 wird deutlich, dass eine 10 %ige Reduktion des Faktorinputs bzw. eine 10 %ige Ertragssteigerung sich bei den intensiveren Fruchtarten, wie Kartoffeln oder Zuckerrüben, wesentlich stärker auf die Steigerung des Deckungsbeitrages auswirkt, als bei den weniger intensiven Früchten, wie Winterweizen, Körnermais oder Winterraps. Eine 10 %ige Reduktion des Saatguteinsatzes bewirkt bei Winterweizen beispielsweise nur eine Deckungsbeitragssteigerung von 13,40 DM pro ha, hingegen bei Kartoffeln eine Deckungsbeitragssteigerung von 107,00 DM pro ha. Die Analyse der Summen der jeweiligen 10 %igen Einsparungen an Saatgut, Stickstoff und Herbiziden ergibt bei Kartoffeln 133,60 DM pro ha und bei Zuckerrüben 93,80 DM pro ha, während bei den extensiveren Fruchtarten die Werte um 35 bzw. 55 DM pro ha liegen. Bei einer 10 %igen Ertragssteigerung sind die Diskrepanzen zwischen den intensiveren und extensiveren Früchten auf den Deckungsbeitrag noch deutlicher: Bei den intensiven Fruchtarten werden Deckungsbeitragssteigerungen von über 550 DM pro ha erreicht, während die extensiveren Fruchtarten auf Werte um die 200 DM pro ha oder noch weniger kommen. Dies bedeutet nichts anderes, als dass unabhängig von der derzeitigen technischen Realisierungsmöglichkeit, unter sonst gleichen Bedingungen, landwirtschaftliche Betriebe mit intensiveren Fruchtfolgen eher in der Lage sein werden, sich die Technologie des Präzisionspflanzenbaus „zu leisten".

Der Einfluss der Betriebsgröße auf die Wirtschaftlichkeit von Precision Farming

Der Einfluß der Betriebsgröße auf die Wirtschaftlichkeit von Investitionen im allgemeinen wird insbesondere durch zwei Umstände hervorgerufen. Zum einen ist, bei identischem Nutzungspotential der Investitionsobjekte, ein Investitionsobjekt umso schneller „verbraucht", je größer der Betrieb ist. Oder andersherum formuliert: Je kleiner der Betrieb ist, desto länger muß das Investitionsobjekt im Betrieb verweilen bis das Nutzungspotential erschöpft ist. Durch die längere Verweildauer steigt der Zinsanteil an der Annuität, so dass auf eine Nutzungspotentialeinheit, beispielsweise eine Schlepperstunde, der Zinsanteil an der Annuität (Annuität = Abschreibung + Zinsen) um so höher ausfällt, je kleiner der Betrieb ist. Dies ist ein allgemeines Phänomen, welches nicht spezifisch für Investitionen im Bereich des Precision Farming ist, es soll hier nicht weiter behandelt werden. Der zweite Aspekt des Einflusses der Betriebsgröße auf die Wirtschaftlichkeit von Investitionsobjekten ist der Umstand, dass bei größeren Betrieben die Investitionskosten - und damit die jährliche Annuität - auf mehr Hektar verteilt werden können. Dies kommt insbesondere bei solchen Investitionen zum Tragen, die nicht auf Basis des Nutzungspotentials, also leistungsabhängig abgeschrieben werden, sondern bei denen die Abschreibung zeitabhängig erfolgt, beispielsweise weil der technische Fortschritt ein Investitionsobjekt nach Ablauf einer bestimmten Zeit nicht mehr sinnvoll nutzbar erscheinen läßt. Das Investitionsobjekt ist also nach einem bestimmten Zeitraum veraltet und sollte wegen des technischen Fortschrittes durch ein neues Objekt ersetzt werden. Diese Annahmen treffen bei Investitionen im Bereich des Precision Farming zu. Im folgenden Beispiel wird daher von einer Nutzungsdauer von fünf Jahren, unabhängig von der Betriebsgröße, ausgegangen.

In Übersicht 4 sind zunächst die Standarddeckungsbeiträge (Leistungsklasse 3, 1997/98 ) für die Fruchtarten Weizen, Körnermais, Raps, Kartoffeln und Zuckerrüben dargestellt, auf denen auch bereits die Kalkulation in Übersicht 3 beruhten. Die Deckungsbeiträge hier sind ohne die betriebsspezifischen Preisausgleichszahlungen kalkuliert. Auf die nun folgende Darstellung der Ergebnisse hätte die Einbeziehung von Preisausgleichszahlungen keinen Einfluß.

In Übersicht 5 sind die Ergebnisse einer Break-Even-Analyse für die Einführung der Precision Farming Technologie in Abhängigkeit von der Betriebsgröße ausgeführt. Es wird hier von einem extensiven Markfruchtbetrieb(2) ausgegangen, dessen Fruchtfolge zum überwiegenden Anteil aus Weizen besteht. Intensive Früchte, wie die Zuckerrübe, nehmen hingegen nur einen Flächenanteil von 7,3 % ein. Die Ergebnisse für die Betriebe mit 100, 400 bzw. 800 ha Anbaufläche zeigen, wie hoch Mehrerträge bzw. Einsparungen unter sonst gleichen Bedingungen bei Einführung der Precision Farming Technologie mindestens ausfallen müssten, um Kostendeckung zu erreichen. Dazu sind zunächst in Zeile 1 die etwaigen Investitionskosten für die Precision Farming Technologie (vgl. Übersicht 2) aufgezeigt. Für die Betriebsgrößen von 100 und 400 ha betragen sie 75 000 DM, für 800 ha wurde zusätzlich die Ausstattung eines zweiten Schleppers mit der entsprechenden Technologie kalkuliert, so dass sich die Investitionskosten hier auf 100 000 DM belaufen. Die Abschreibung in Zeile 2 erfolgt zeitabhängig auf fünf Jahre, weil davon ausgegangen werden kann, dass nach fünf Jahren die Technologie technisch überholt ist. Eine leistungsabhängige Abschreibung bietet sich in diesem Falle nicht an. Der Zins wurde in (Zeile 3) mit 8 % kalkuliert.

Er berechnet sich aus den in Zeile 4 ausgewiesenen Jahreskosten, die als Annuität ohne Reparatur, Wartung und Arbeitskosten berechnet wurden, und den Abschreibungen aus Zeile 2. Der Rechengang folgt der Annuitätenformel, er sei beispielhaft für den 100 ha Betrieb hier dargestellt:

wobei:

a = Annuität

K0 = Investitionskosten

q = Zins in % dividiert durch 100 plus 1

N = Nutzungsdauer in Jahren

für das Beispiel:

Bei 15000 DM Abschreibungen ergeben sich so Zinskosten in Höhe von 3784 DM pro Jahr.

In Zeile 5 sind die Jahreskosten (Annuität) auf ein Hektar umgelegt. Es zeigt sich, dass die Kostenbelastung mit zunehmender Betriebsgröße drastisch abnimmt. Dementsprechend sind auch die in Zeile 6 ausgewiesenen notwendigen Erhöhungen der Naturalerträge, um diese Jahreskosten mindestens zu decken, mit zunehmender Betriebsgröße niedriger. So sind für den 100 ha Betrieb - bei der gegebenen Organisationsstruktur von 67 % Weizen, knapp 9 % Körnermais, knapp 17 % Raps, keinen Kartoffeln und 7,3 % Zuckerrüben - Ertragssteigerungen von 9,1 % notwendig, um den Break-Even zu erreichen. Für den 800 ha Betrieb sind es lediglich noch 1,5 %. Während die Zahlen für den 400 und 800 ha Betrieb noch im Bereich des Möglichen erscheinen, sind die notwendigen Ertragssteigerungen für den 100 ha Betrieb nach dem derzeitigen Stand des Wissens keinesfalls zu erreichen. Die zusätzlichen Investitionskosten müssen allerdings nicht alleine durch eine Leistungssteigerung erreicht werden, sondern können auch über eine mögliche Reduktion der variablen Kosten erfolgen, insbesondere kommen hierzu die Positionen Saatgut, Stickstoffdünger und Herbizide in Frage. Die notwendige prozentuale Reduktion zur Erreichung des Break-Even für diese Positionen ist in den Zeilen 8, 9 und 10 ausgewiesen. Auch hier scheinen die Werte für den 100 ha Betrieb nicht erreichbar. Hingegen können, wie bisherige Arbeiten gezeigt haben (vgl. Abbildung 11), alleine die Herbizideinsparungen in verschiedenen Kulturen durch den Einsatz der Precision Farming Technologie bis zu 70 % ausmachen. Der Break-Even erscheint also ohne weiteres für den 400 und 800 ha Betrieb allein durch Herbizideinsparungen erreichbar. Die Summe der Reduktion der variablen Kosten von 7,4 % für den 800 ha Betrieb und 11,2 % für den 400 ha Betrieb erscheint insgesamt im Bereich des Möglichen. Betrachtet man die Summe der notwendigen Reduktionen gekoppelt mit einer eventuellen Leistungssteigerung, so scheint bei hinreichender Betriebsgröße der Einsatz der neuen Technologie wohl für die allermeisten Fälle sinnvoll zu sein.

In Übersicht 6 ist die gleiche Darstellung für eine andere Organisationsstruktur des Betriebes, nämlich Weizen knapp 58 %, Körnermais 4,4 %, Raps 3,7 %, Kartoffeln 4,9 % und Zuckerrüben 29,2 %, gezeigt. Was sich bereits weiter oben bei der Darstellung des Einflusses der Fruchtarten auf die Wirtschaftlichkeit von Precision Farming andeutete, wird in Abbildung 13 bestätigt. Bei einem höheren Anteil intensiverer Fruchtarten in der Fruchtfolge(3) sinken die notwendigen Erhöhungen der Leistungen bzw. die notwendigen Reduktionen der variablen Kosten zur Erreichung des Break-Even, beträchtlich. So ist beispielsweise für den 800 ha Betrieb nur noch eine einprozentige Ertragssteigerung notwendig, bei dem Betrieb mit der extensiveren Fruchtfolge waren es noch 1,5 %. Gleiches gilt für die Reduktion der einzelnen variablen Kostenpositionen, beispielsweise sind für den 800 ha Betrieb Einsparungen (Summe) nur noch in Höhe von 5,4 % notwendig, während es bei dem gleichen Betrieb mit einer extensiveren Fruchtfolge 7,4 % waren.

Viele Betriebe werden eine solche Betriebsgröße nicht erreichen. Trotzdem müssen solche Betriebe nicht auf den Einsatz von Precision Farming verzichten, zu denken ist hier an Betriebsgemeinschaften, Gewannebewirtschaftung oder auch den Einsatz über Maschinenringe bzw. Lohnunternehmer.

Ein weiterer Aspekt sei der Vollständigkeit halber erwähnt. Bei der zu erwartenden weiteren Liberalisierung der Agrarmärkte drohen für viele Produkte niedrigere Preise. Wie die Vergangenheit gezeigt hat, wird dies nicht ohne Einfluß auf die Faktorpreise bleiben, auch hier wird in vielen Bereichen eine gewisse Senkung zu erwarten sein. Eine Reduzierung der Produkt und Faktorpreise bedeutet aber anderseits die Notwendigkeit zur höheren Ertragssteigerung bzw. zu noch höheren Einsparungen an Produktionsfaktoren, um den Break-Even zu erreichen. Mit anderen Worten: Eine weitergehende Liberalisierung der Agrarmärkte, mithin eine Senkung der Produkt- und Faktorpreise wirkt hemmend auf die Einführung der Precision Farming Technologie. Wenn andererseits allerdings positiv ökologische Effekte durch den Einsatz von Precision Farming nachgewiesen werden können, ist es bei unserem Förderungs-, Stützungs- und Subventionierungssystem allerdings auch denkbar, dass für diesen Bereich Investitionszulagen bzw. Zinsverbilligungen gewährt werden können. Dies wiederum würde sich förderlich auf die Ausbreitung der neuen Technologien auswirken.

Abbildung 11 zeigt die Ergebnisse einer Literaturanalyse bezüglich der ökonomischen Konsequenzen des Präzisionspflanzenbaus. Gleichzeitig wird hier in Teilbereichen auch sichtbar, welche naturalen Ertragssteigerungen bzw. Faktorreduzierungen gefunden wurden. Untersuchungen zur Einsparung von Herbiziden im oberen Drittel der Abbildung 11 zeigen, dass zwischen 50 und 80 % der Herbizidaufwandmengen eingespart werden können, wenn lediglich noch die Stellen behandelt werden an denen tatsächlich Unkräuter auftreten. Die monetären Einsparungen hängen hier stark von den Preisen der Herbizide ab, so dass hier keine verallgemeinerte Aussage gemacht werden kann. Vergleicht man diese Werte mit den Werten aus Übersicht 5 und 6, so wird auch wieder deutlich, dass die notwendigen Einsparungen allein für Herbizide von den 400 und 800 ha Betrieben, unabhängig von der Intensität der Fruchtfolge, durchaus erreicht werden können. Bezüglich der möglichen Mehrerträge bzw. Einsparpotentiale an Produktionsfaktoren liegen verschiedene Studien vor, die in der Mitte der Abbildung 11 gezeigt sind. Beispielsweise zeigen SCHMERLER und JÜRSCHIK (1997b, S.995) knapp 4 dt Mehrertrag (Weizen) pro ha und im Durchschnitt 25 kg weniger Stickstoffaufwand pro ha bei heterogenen Schlägen. Auch die anderen Studien zeigen durchweg Ertragsvorteile bzw. Einsparpotentiale, wenn auch der Untersuchungsgegenstand differiert, die durchaus im Bereich liegen, dass sie die Jahreskosten (Zeile 5 in Übersicht 5 und 6), zumindest bei den 400 und 800 ha Betrieben, decken können.

Den Ertragsvorteilen und Einsparpotentialen gegenüber stehen die Kosten für den Einsatz der Precision Farming Technologie. Sie liegen nach zwei Studien, deren Ergebnisse im unteren Bereich der Abbildung 11 gezeigt sind, je nach Untersuchungsgegenstand und Betriebsgröße, zwischen 60 und 75 DM pro ha und Jahr. Es ist zu erwarten, dass diese Kosten sinken werden, bei gleichzeitiger Verbesserung der Technik.

Diskussion und Ausblick

Wenn die LIEBIG-Ertragsfunktion Gültigkeit hat, so hat das erhebliche Konsequenzen für die Bestimmung der optimalen speziellen Intensität, die ja - dem Realtime-Ansatz mit Map-Overlay folgend - für jedes kleinparzellierte Feldstück separat bestimmt werden muß: Wie in Abbildung 12 dargestellt, bewirken - im Gegensatz zum „Gesetz des abnehmenden Ertragszuwachses" - Änderungen im Leistungs-Kosten-Gefüge bei der Annahme der LIEBIG'schen Ertragsfunktion keine Änderung der optimalen speziellen Intensität. Als logische Konsequenz hieraus ist die Ermittlung der optimalen speziellen Intensität nach dem LIEBIG'schen Ertragsgesetz unabhängig von Faktor- und Produktpreisen, vorbehaltlich, die Gesamtkosten sind geringer als die Gesamtleistungen. Die Bestimmung der SOLL-Vorgaben (Aufträge) wird dadurch erheblich erleichtert.

Eine zweite Konsequenz besteht in dem bereits anfangs angesprochenen Umstand, dass die benötigte Menge an Produktionsfaktoren zur Erreichung der optimalen speziellen Intensität c.p. bei neoklassischem Produktionsverlauf (also für heterogene Standorte) höher ist als nach dem LIEBIG'schen Gesetz des Minimums (bei kleinräumig homogenen Standorten). Dies erscheint auf den ersten Blick plausibel, sind doch die Grenzkosten im Punkt der optimalen speziellen Intensität gerade gleich den Grenzleistungen. Dies bedeutet, z.B. für Stickstoff nach dem Gesetz des abnehmenden Ertragszuwachses, dass für die Erzeugung der Grenz-dt Weizen, ein Produktpreis von 25 DM pro dt unterstellt, ein Mehreinsatz von Stickstoff, bei einem Preis von einer DM pro kg, von 25 kg notwendig ist. Bei Unterstellung des LIEBIG'schen Ertragsgesetzes hingegen, bleibt es bei der ursprünglichen Input-Output-Relation, also z.B. zwei kg Stickstoff pro dt Weizen. Ob diese Thesen haltbar sind, bedarf allerding noch eingehender Überprüfung.

Eine abschließende Aussage über die Vorzüglichkeit des Precision Farming aus ökonomisch- einzelbetrieblicher Sicht kann auf Basis der vorgestellten Überlegungen und Untersuchungen nicht getroffen werden. Prinzipiell scheint allerdings eine Kostendeckung für den Einsatz der Technologie möglich zu sein. Verallgemeinern läßt sich, dass die ökonomischen Vorteile des Präzisionspflanzenbaus um so deutlicher ausfallen, je mehr Heterogenität der bewirtschaftete Standort aufweist und je intensivere Fruchtarten in der betrieblichen Organisation zu finden sind.

An der Beseitigung der Unvollkommenheit der Technik wird intensiv gearbeitet, ebenso wie an Entscheidungskriterien, beispielsweise für die Höhe der Stickstoffdüngung. Es sei hervorgehoben, dass die Ergebnisse der Forschung ganz eindeutig für eine teilflächenspezifische Bewirtschaftung sprechen. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass bei der Diskussion um die Einsetzbarkeit der neuen Technik, nicht nur die Fragen der Wirtschaftlichkeit im einzelbetrieblichen Einsatz betrachtet werden dürfen, sondern dass sich durch den Präzisionspflanzenbau auch große Fortschritte bei der Reduktion der Umweltbelastung durch die Landwirtschaft erzielen lassen. Dies gilt insbesondere für die Reduktion der Stickstoffauswaschung und die Einsparung von Pflanzenschutzmitteln.

Daneben hat der Präzisionspflanzenbau weitere Auswirkungen. Durch die automatisierte Datenerfassung wird sich die Führung der biologisch-technischen Systeme genauso verbessern wie die gesamte Betriebsführung. Es sind deutliche Fortschritte beim Management landwirtschaftlicher Betriebe zu erwarten, freilich steigt dafür auch der Arbeitsaufwand und der Anspruch an die Managementfähigkeiten des Betriebsleiters. Gleichzeitig, gewissermaßen als Abfallprodukt, verfügt der Landwirt, der sich für den Präzisionspflanzenbau entscheidet, automatisch über eine Dokumentation seiner Aktivitäten, die in Deutschland beispielsweise für die Düngerverordnung erforderlich ist und das Antragswesen erleichtert. Zusätzlich können Bodenverdichtungen, beispielsweise über Sensoren zur Erfassung des Zugwiderstandes beim Pflügen, schnell erkannt werden, was Abhilfe über lokale Reaktionsmöglichkeiten zuläßt.

Die Technik des Präzisionspflanzenbaus ist zudem geeignet, das Flottenmanagement für die Optimierung des überbetrieblichen Maschineneinsatzes effizienter zu gestalten.

Präzisionspflanzenbau eignet sich nicht nur für große landwirtschaftliche Betriebe, es ist auch eine Gewannebewirtschaftung bei kleinstrukturierten Regionen möglich. Hierbei können Flächen mit unterschiedlichen Eigentumsverhältnissen, mit den gleichen Kulturen über die Schlaggrenze hinaus bewirtschaftet werden. Durch die automatische Datenerfassung bei der Ausbringung von Produktionsfaktoren und der Ernte ist eine individuelle Abrechnung für den jeweiligen Eigentümer möglich, was allerdings eine teilschlagspezifische Kostenrechnung voraussetzt.

Nicht zuletzt sollte man auch an veränderte Landnutzungsformen von morgen denken - mit der Technik des Präzisionspflanzenbaus scheinen Feldroboter ein Stück näher gerückt.

Präzisionspflanzenbau ist weit mehr, als teilflächenbezogene Applikation von Produktionsfaktoren, es ist die ökologisch und ökonomisch optimierte Feldbewirtschaftung, die zudem auch ein besseres Management ermöglicht.

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(1) Technische Universität München, Professur für Unternehmensforschung und Informationsmanagement, Alte Akademie 14, 85350 Freising-Weihenstephan, Tel.: 08161-713406, Fax: 08161-713408, Email: wagner@landw.uni-halle.de WWW: http://www.weihenstephan.de/ui/ WebCam: hal.weihenstephan.de
(2) Getreidebaubetrieb, Daten zur Anbaustruktur nach LBA (1998, S.144)
(3) Zuckerrübenanbaubetrieb, Daten zur Anbaustruktur nach LBA (1998, S. 144)