Ökonomische Potenziale der
teilflächenspezifischen Unkrautbekämpfung

Von Johannes Lettner, Klaus Hank und Peter Wagner, Weihenstephan

1 Einleitung

"Unkräuter sind bedeutende Schädlinge in der Landwirtschaft und können die Ursache für beträchtliche Ertragsverluste sein" (2, S. 668). Obwohl zur Sicherung der Erträge und damit des Einkommens des Landwirtes Herbizide ein wesentlicher Bestandteil modernen Unkrautmanagements sind, führten Fragen nach der Umweltverträglichkeit und möglicher gesundheitlicher Beeinträchtigungen zu einer genauen Überprüfung des Herbizidaufwandes und der verwendeten Wirkstoffe. Neben diesen ökologischen Aspekten zwingen auch betriebswirtschaftliche Vorgaben den Landwirt, seine Betriebsmittelaufwendungen genau an die Anforderungen der Bestände anzupassen. Eine Möglichkeit den Herbizidaufwand zu verringern, ohne dabei Erfolgseinbußen hinnehmen zu müssen, besteht darin, die Herbizidapplikation nur dort vorzunehmen, wo sie auch nötig ist. Da auch die Wirtschaftlichkeit einer Ganzflächenapplikation von Herbiziden bei ungleichmäßiger Verunkrautung in Frage gestellt ist, sollten Spritzentscheidungen nach dem örtlichen Unkrautvorkommen getroffen werden. Diese Erkenntnis hat zur Folge, dass eine Fläche nicht als homogenes Ganzes zu sehen ist, sondern als die Summe von Teilflächen mit unterschiedlichen Voraussetzungen hinsichtlich z.B. der Bodengüte und der Wasserversorgung, die wiederum ein unterschiedliches Pflanzenwachstum und unterschiedlichen Unkrautdruck verursachen. Richtet sich die Bewirtschaftung einer landwirtschaftlichen Fläche nach diesen Inhomogenitäten und die Maßnahmen nach den Erfordernissen der Teilflächen, so wird das als "Precision Farming", "Präziser Pflanzenbau" oder als "Kleinräumige Bestandsführung" bezeichnet.

Soll nun Unkraut auf Teilflächen bekämpft werden, so setzt dies eine sichere Erkennung und Ortsbestimmung der Unkräuter, die mit einer zielgenauen Herbizidapplikation einhergeht, voraus. Eine teilflächenspezifische Applikation von Herbiziden, die genau dem Unkrautdruck angepasst ist, ist technisch bereits realisierbar, doch stellt sie große Ansprüche an die Qualifikation des Betriebsleiters und die technische Ausstattung des Betriebes. Die meisten Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der teilflächenorientierten Unkrautbekämpfung beschäftigen sich mit einzelnen Aspekten, wie der Ermittlung der Unkrautverteilung oder der zielgenauen Applikation. Untersuchungen eines praktischen Einsatzes von Precision Farming bei der Unkrautbekämpfung in landwirtschaftlichen Größenordnungen liegen bisher noch nicht vor; die Praxistauglichkeit muss erst noch unter Beweis gestellt werden. Aus ökologischer Sicht bedeutet kleinräumige Bestandsführung bei der Unkrautbekämpfung eine Verbesserung, da durch sie eine Reduzierung des Herbizideinsatzes in der Landwirtschaft zu erwarten ist.

Es ist im Moment schwer abzuschätzen, ob die zusätzlichen Investitionen und der Wert der zusätzlichen Arbeitsstunden, die eine teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung erfordert, durch den Wert der eingesparten Herbizide ausgeglichen werden können. Die Frage, ob Precision Farming beim Pflanzenschutz möglicherweise ökonomische Vorteile gegenüber der Ganzflächenbehandlung hat, bleibt unbeantwortet. Gleichwohl sollten aus wirtschaftlichen Gründen und zur Schonung der Umwelt die Methoden und Potenziale von Precision Farming von jedem zukunftsorientierten Landwirt mit größtem Interesse betrachtet werden.

Ziel dieses Beitrages ist es abzuschätzen, ob teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten in der Praxis realisierbar ist. Durch den Vergleich der möglichen Herbizideinsparungen bei Teilflächenapplikation mit den zusätzlichen Kosten der Teilflächenapplikation sollen die Kulturen benannt werden, in denen der Einsatz bereits kostendeckend möglich ist, bzw. bis zu welchen Mehrkosten die Unkrautbekämpfung nach dem Teilflächenprinzip noch kostendeckend ist. Ferner sollen durch die Beschreibung der verschiedenen technischen Ansätze die Möglichkeiten, die Precision Farming bei der Unkrautbekämpfung bietet, verdeutlicht werden.

2 Unkrauterkennung auf landwirtschaftlich genutzten Flächen

2.1 Charakteristik der Unkrautverteilung

Das Vorkommen von Unkräutern auf Ackerflächen verursacht nicht nur Ertragsverluste, es kann auch zu Erschwernissen bei der Ernte und zu höheren Reinigungskosten des Erntegutes führen. Ertragseinbußen, hervorgerufen durch das Auftreten von Unkräutern, sind nicht gleichmäßig über einen Schlag verteilt, sondern sind direkt proportional zu den pro Quadratmeter vorgefundenen Unkrautpflanzen. Bei den verschiedenen Getreidearten kommt es je vorgefundener Unkrautpflanze pro Quadratmeter zu Ertragsverlusten von 1 bis 15 kg/ha (34, S. 20). In der Praxis erfolgt üblicherweise eine stichprobenartige Ermittlung der Unkrautdichte und bei Überschreitung der Schadschwelle für das jeweilige Unkraut eine einheitliche Ganzflächenapplikation. Bei dieser Vorgehensweise wird die örtliche Variabilität der Unkrautheterogenität nicht berücksichtigt. Viele Unkrautarten kommen in Nestern oder Streifen vor. Diese ungleiche Verteilung basiert auf unterschiedlichen Boden- und Nährstoffverhältnissen oder Bewirtschaftungsmaßnahmen der Flächen. Aufgrund der ungleichen Verteilung des Unkrautes oder der Ungräser müssten oft weniger als 50 % eines Ackerschlages mit Herbiziden behandelt werden (12, S. 35). Die ungleichmäßige Verteilung von Unkräutern innerhalb eines ausgewählten Schlages und die daraus erwarteten Ertragseinbußen bezogen auf die Teilflächen des Schlages zeigt Abbildung 1.

Abbildung 1 (18k)

Abb. 1: Unkrautverteilung und daraus resultierende Ertragseinbußen bei Winterweizen (Wartenberg, Pallut, Giebel, 1998, S. 321).

Bei der Untersuchung einzelner Unkrautarten hinsichtlich ihrer artspezifischen Verteilung mit Hilfe deskriptiver Datenanalyse und dem patchiness Index (patch = Nest, Fleck) Ip nach Lloyd ergab sich für alle Unkrautarten ein Ip , der größer als eins ist. Damit kann die Verteilung in Nestern nicht als zufällig sondern als statistisch gesichert angesehen werden (35, S. 778ff.).

Der patchiness Index wird nach folgender Formel ermittelt:

wobei: m Durchschnitt der stichprobenweisen Unkrautzählung
s2 Varianz der stichprobenweisen Unkrautzählung
(21, S. 77)

Besonders deutlich ist die Unkrautverteilung in Nestern zu erkennen, wenn nicht wie in Abbildung 1 alle vorkommenden Unkräuter erfasst werden, sondern nur eine einzelne Art. In Abbildung 2 ist die nestartige Verteilung von Alopecurus myosuroides (Ackerfuchsschwanz) auf dem untersuchten Schlag deutlich zu erkennen.

Abbildung 2 (8k)

Abb. 2: Räumliche Verteilung von A. myosuroides in Winterweizen (Eigene Darstellung nach 22, S. 121).

Neben der nestartigen Verteilung von Unkräutern ist oft ein Vorkommen längs der Fahrspuren zu beobachten. Diese Korrelation mit einer längeren Reichweite längs zur Fahrspur als quer zu dieser resultiert aus der Verbreitung von Sämereien und Pflanzenmaterial bei der Bodenbearbeitung und Ernte. Die registrierte Anzahl von Beikräutern in der Fahrspur ist um den Faktor 1,0 bis 3,5 höher als die Anzahl in der Feldfrucht (21, S. 79).

Auch lässt sich starke Verunkrautung von Jahr zu Jahr in denselben Bereichen eines einzelnen Schlages beobachten. Untersuchungen in Winterweizen zeigten, dass die regionale Unkrautverteilung für zwei aufeinander folgende Jahre, trotz erheblicher Witterungsunterschiede, in der Art und Anzahl der Unkräuter Übereinstimmungen für wesentliche Bereiche des Feldes aufwiesen (19, S. 4). Besonders ausgeprägte mehrjährige Nester bilden Alopecurus myosuroides (Ackerfuchsschwanz) und Cirisium arvense (Ackerkratzdiestel) (22, S. 119).

Diese ungleiche Unkrautverteilung, bei der einige Bereiche eines Feldes annähernd frei von Unkräutern sind und andere Bereiche wiederum jährlich stark, oft durch ein und dasselbe Unkraut, befallen sind, hat ihre Ursache zum einen in der Biologie der Unkräuter. Einige Arten, wie Cirisium arvense (Ackerkratzdiestel), bilden mehrjährige Wurzelsysteme aus. Andere Ursachen sind die Variabilität innerhalb des Ackerbodens und das Feldmanagement (23, S. 307). Macht man sich die Charakteristik der Unkrautverteilung zunutze und betreibt teilflächenspezifischen Pflanzenschutz, so lässt sich die Aufwandmenge an Herbiziden deutlich vermindern. Voraussetzung für die teilflächenspezifische Unkrautbekämpfung ist die exakte Ortsbestimmung des Unkrautvorkommens mit Hilfe automatisierter Methoden, deren Zeitbedarf und Kosten pro Hektar in einem wirtschaftlichen Verhältnis zur eingesparten Menge an Pflanzenschutzmitteln stehen müssen.

2.2 Standortbestimmung von Unkräutern auf landwirtschaftlich genutzten Flächen

2.2.1 Optische Sensoren

Optoelektronische Systeme nutzen das pflanzeneigene Phänomen der selektiven Absorption des Tageslichtes. Grüne Pflanzen reflektieren das Tageslicht grundsätzlich anders als Boden oder abgestorbene Pflanzen. Im Rotbereich wird die einfallende Sonnenstrahlung weitgehend durch die im Mesophyll der Blätter enthaltenen Pigmente, vor allem durch das Chlorophyll, absorbiert. Im nahen Infrarot dagegen wird der Großteil der auftreffenden Strahlung vom Blattgewebe reflektiert (11, S. 5). Bis zum Wellenlängenbereich des roten Lichtes, 630 bis 660 nm, absorbieren chlorophyllhaltige Pflanzen das Tageslicht zu mehr als 90 %. Ab diesem Bereich nimmt der Absorptionsgrad sprunghaft ab, im Bereich des Nah-Infraroten Lichtes, 750 bis 1200 nm, steigt der Reflexionsgrad des Tageslichtes auf bis zu 45 %. Die Tageslichtreflexion des Bodens verläuft dagegen annähernd linear ansteigend (Abb. 3). Trockener Boden reflektiert Licht im Wellenlängenbereich von 450 nm zu ca. 10 % und im Bereich von 950 nm zu ca. 30 % (5, S. 35).

Abbildung 3 (6k)

Abb. 3: Reflexionsgrade von Pflanzen und Boden in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Umgebungslichtes (Eigene Darstellung nach 16, S. 12).

Die Erkennung grüner, aktiver Pflanzen erfolgt entweder durch die Berechnung des Vegetationsindexes oder durch die Berechnung des Verhältnisses der Reflexionsgrade im Bereich des roten und nahinfraroten Lichtes.

Der Vegetationsindex wird aus der "Normalisierten Differenz", NDVI, der Reflexionswerte roter, R, und nahinfraroter, NIR, Strahlung berechnet.

Jeweils zwei Dioden erfassen denselben Bildpunkt. Den Dioden ist ein Filter vorgeschaltet, der entweder durchlässig für Licht im roten oder nahinfraroten Bereich ist. Wenn der aus den Spannungen gebildete Quotient eine vorgegebene Schwelle überschreitet, ist eine bestimmte Bedeckung des Bodens durch aktive Pflanzen gegeben (36, S. 231). Der NDVI bildet ein Maß für die photosynthetische Aktivität und korreliert stark mit der Dichte und Vitalität der Vegetationsdecke (Gabriel, Haveresch, 1999, S. 5).

Bei der Ermittlung der Verhältnisse der Reflexionsgrade kommen ebenso zwei Dioden, eine für den nahinfraroten und eine für den roten Wellenlängenbereich des Lichtes, zum Einsatz. Es wird aber auf eine Normalisierung verzichtet. Das Verhältnis des Wertes des Reflexionsgrades im Bereich des nahinfraroten Lichtes durch den Wert des Reflexionsgrades im Bereich des roten Lichtes wird ermittelt. Für grüne Pflanzen hat d ieser Quotient einen Wert zwischen 6 und 15, für Boden und Pflanzenreste liegt der Wert zwischen 1,1 und 1,5 (5, S. 35).

Sensoren zur Erkennung grüner Pflanzen arbeiten auf der Basis einer Spektralanalyse, wobei die Intensitäten von lediglich zwei Wellenlängen des vom Boden bzw. von Pflanzen reflektierten Lichtes gemessen werden. Mit den gemessenen Intensitäten bei zwei Wellenlängen ist eine Unterscheidung v erschiedener Pflanzenarten nicht möglich. Laborversuche an der Bundesanstalt für Landwirtschaft (FAL) haben gezeigt, dass sich die Reflexionsspektren einiger Nutzpflanzen und Unkräuter signifikant unterscheiden. Unter Berücksichtigung weiterer spektraler Informationen ist es möglich, zwischen verschiedenen Spezies zu differenzieren. Wird die Reflexion des Tageslichtes durch Pflanzen statt in zwei in fünf Wellenlängenbereichen ermittelt, daraus eine Reflexionsmatrix erstellt und sicher von einem Auswertungsprogramm abgearbeitet, ist eine On-line-Unterscheidung verschiedener Nutzpflanzen und Unkräuter möglich. Für einen Einsatz in der Praxis sind noch besser geeignete Messpunkte zu ermitteln und der Auswertungsalgorithmus zu optimieren (16, S.12).

Da ein Einsatz in der Praxis zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht absehbar ist, wird die Möglichkeit der Pflanzenunterscheidung durch optische Sensoren in den folgenden Kapiteln nicht weiter besprochen.

2.2.2 Bildverarbeitende Systeme

Die im folgenden verwendeten Informationen, insbesondere zur Satellitentechnik, sind zum Teil persönliche Mitteilungen der Firma Daimler-Chrysler-Aerospace.

Daten zur Fernerkundung werden von Satelliten oder Flugzeugen geliefert. Von Flugzeugen aufgenommene Bilder sind in der Regel einfache Luftbilder, die nur im panchromatischen Bereich, dem Bereich des sichtbaren Lichtes, abbilden. Satelliten haben sowohl die Möglichkeit im panchromatischen als auch im multispektralen Bereich Daten zu erfassen. Der Vorteil multispektraler Daten liegt in ihrem breiteren Informationsgehalt gegenüber monospektralen Daten. Da der Informationsgehalt der gewonnenen Daten von entscheidender Bedeutung für die Nutzung im Precision Farming ist, werden im folgenden nur die Möglichkeiten erörtert, die Multispektralsatelliten für die Landwirtschaft, speziell bei der teilflächenspezifischen Unkrautbekämpfung, bieten.

Multispektralsatelliten arbeiten nach dem Prinzip der Messung des Reflexionsgrades des Tageslichtes von Oberflächen innerhalb verschiedener Wellenlängenbereiche. Aus der Reflexionsintensität der v erschiedenen Wellenlängen lässt sich, wie schon in Kapitel 2.2.1 dargelegt, Boden von Pflanzen unterscheiden, die photosynthetische Aktivität einschätzen und damit die Vitalität und Dichte der Vegetationsdecke bestimmen.

Bei den derzeitigen operationellen Möglichkeiten der Fernerkundung lassen sich zwei Gruppen unterscheiden: Zum einen die großflächige, regionale Agraranwendung und zum zweiten die Teilflächen Spezifische Agraranwendung.

Bei großflächigen, regionalen Anwendungen steht die Frage nach der Nutzung einzelner Schläge und der Größe der jeweiligen Nutzungseinheit im Vordergrund. Auf der regionalen Ebene dient die Fernerkundung durch Satelliten zur Klassifizierung von Fruchtarten, zur Subventionskontrolle sowie der Überwachung von Anbauflächen.

Teilflächen Spezifische Anwendungen beschäftigen sich mit Unterschieden im Schlag hinsichtlich der Vegetation oder des Bodens. Satelliten können nicht zwischen einzelnen Pflanzen unterscheiden. Sie bieten die Möglichkeit durch Bildauswertung Inhomogenitäten der Vegetation oder des Bodens in einem 20 bis 30 m Raster zu erkennen. In Tabelle 1 sind die momentan für die Landwirtschaft verfügbaren Satelliten mit ihren Leistungsmerkmalen zusammengestellt.

Tabelle 1: Für Agraranwendungen interessante Satelliten

Bezeichnung des Satelliten Auflösung Anzahl der Bänder Durchschnittliche Bandbreite Revisi-
rate
Multispektral Panchromatisch
Landsat 4/5 30 / (60) m - 7 90-100 nm 16 Tage
Spot 1, 2, 4 20 m 10 m 3 / 1 90 nm 26 Tage
IRS-1 C&D 23 / 70 m 5,8 m 4 / 1 120 nm 24 Tage

Quelle: 11, S. 8.

Da die einzelnen Satelliten auf festen Bahnen die Erde umkreisen, sind die Daten nur in bestimmten Intervallen und als ganze Szenen, nicht als bestimmte Ausschnitte verfügbar. Die Kosten der Szenen und ihre Größen sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2: Größe und Kosten von Satellitenaufnahmen

Satellit Kosten Größe
Multispektral Panchromatisch
Landsat 4/5 7150 DM - 180 x 180 km
Spot 1, 2, 4 4150 DM 5200 DM 60 x 60 km
IRS-1 C&D 5400 DM 5000 DM 70 x 70 km / 140 x 140 km

Quelle: Angaben der Firma Daymler-Chrysler-Aerospace

Bei den für die Zukunft geplanten neuen hochauflösenden Satelliten sollen die Daten auch auf qkm Basis abgegeben werden. Die Preise werden zwischen 4-12 $ pro qkm liegen.

Mit den zur Zeit verfügbaren Datenquellen lassen sich mittels Fernerkundung eine Reihe von Auswertungen auf landwirtschaftlichen Flächen durchführen. Es kann eine jährliche Anbaukontrolle, ein Fruchtfolgemonitoring, erfolgen. Die Artenklassifikation, z.B. zwischen Kartoffeln und Zuckerrüben, ist möglich. Für die Teilflächen Spezifische Unkrautbekämpfung ist das Beurteilen der Phänologie, das Erkennen von Vegetationsunterschieden sowie die Variabilitätskartierung von besonderer Bedeutung. Die Darstellung von generellen Unterschieden im Schlag bezüglich Vegetation, Boden und Wasser und das Erkennen von Vegetationsanomalien und Inhomogenitäten ermöglicht die Identifikation von wichtigen Teilflächen (11, S. 6ff.).

Aufgrund dieser Daten könnten Teilflächen eines Schlages mit dem oben genannten Raster von 20-30 m von vornherein von der Unkrautbehandlung ausgenommen werden. Andere Teilflächen können näher untersucht und entsprechend ihrer Verunkrautung behandelt werden.

Durch die bodennahe Erkundung wird versucht, mittels Bildanalyse einzelne Pflanzen zu erkennen und nach der Art zu unterscheiden. Das erste Problem bei der Bildanalyse stellt sich bei der Bewertung des Bildes. Die einzelnen Segmente des Bildes müssen für die Beurteilung in wichtige und unwichtige, in bewachsene und unbewachsene Bereiche eingeteilt werden. Um Pflanzen als solche zu erkennen, macht man sich das unterschiedliche Reflexionsverhalten des Tageslichtes durch grüne, aktive Pflanzen gegenüber dem abgestorbener Pflanzen und Boden zunutze. Ist nun die Informationsmenge des Bildes auf das Notwendige reduziert, d.h. nur die abgebildeten aktiven Pflanzen sind erfasst, kann die eigentliche Bildanalyse beginnen (25, S. 780f.). Aus den zu den Pflanzen gehörenden Pixeln können die Saatreihen, vorausgesetzt der Saatabstand wurde exakt eingehalten, berechnet werden. Danach gelten alle zwischen den Reihen stehenden Pflanzen als unerwünscht, d.h. es sind Unkräuter. Um diese Pflanzen genau bestimmen zu können, erfolgt die Analyse der äußeren Form der Blätter. Diese Analyse beruht auf der Tatsache, dass sich Objekte durch geometrische Merkmale beschreiben lassen. Zur Analyse werden sieben geometrische Größen herangezogen:
- die maximale axiale Länge,
- die minimale axiale Länge,
- das Verhältnis der Seitenlängen,
- die Fläche,
- das Verhältnis des Quadrats der maximalen axialen Länge zur Fläche,
- das Verhältnis des Quadrats der minimalen axialen Länge zur Fläche und
- der Grad der Rundheit.

Mit Hilfe deskriptiver Statistik wird die Pflanzenart ermittelt, bei der der Unterschied der verglichenen Parameter am geringsten ist, d.h. die Pflanzenart, die der untersuchten am ähnlichsten ist (30, S. 514).

Das Ziel liegt in der Weiterentwicklung dieser Technik, um sie direkt an der Spritzeinheit montieren zu können. Die angestrebte automatische Erfassung und Bestimmung von Unkraut wird in den nächsten Jahren kaum praxisverfügbar sein, da sowohl die Erkennungssicherheit als auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu gering sind, um die Spritztechnik in Echtzeit regeln zu können (34, S. 22).

2.2.3 Statistische Methoden

Mit statistischen Methoden wird versucht, aus einzelnen Werten die Dichte und Verteilung der Unkräuter innerhalb eines ganzen Schlages abzuschätzen. Die Datengrundlage sind Boniturdaten hinsichtlich Art und Anzahl von Unkräutern an bestimmten Zählpunkten. Anhand dieser Werte kann mit verschiedenen Techniken die Unkrautverteilung und die Unkrautdichte abgeschätzt werden. Dies kann durch einfache inverse Abstandsberechnung, durch Autokorrelation oder durch Kriging erfolgen. Alle drei Vorgehensweisen berücksichtigen die räumliche Abhängigkeit. Kriging ist jedoch der einzige Schätzer, der die Varianz mit einbezieht. Außerdem garantiert das Kriging-Verfahren eine unbeeinflusste Schätzung mit minimaler Varianz (14, S. 325). Diese Eigenschaften scheinen der Grund zu sein, dass alle den Autoren bekannten Versuche, durch statistische Verfahren die Unkrautverteilung abzuschätzen, mit dem Kriging-Verfahren durchgeführt wurden.

3 Methoden der teilflächenspezifischen Unkrautbekämpfung

Wird Unkraut auf Teilflächen bekämpft, so kann dies auf zwei grundsätzliche Arten, dem Echtzeitkonzept oder dem Kartierungskonzept, erfolgen. Beim Echtzeitkonzept befindet sich auf dem Feldfahrzeug ein System zur Unkrauterkennung, das die Informationen über den Standort einzelner Unkräuter einem Kontrollsystem übermittelt. Dieses Kontrollsystem steuert die auf dem Feldfahrzeug montierte Spritzeinheit. Beim Überfahren der zu bekämpfenden Pflanze, und nur dann, erfolgt eine Spritzung. Erkennung und Bekämpfung der Unkräuter geschieht in einem Arbeitsgang. Die Unkrautbekämpfung innerhalb des Kartierungskonzeptes hingegen besteht aus zwei Arbeitsgängen. Zum einen der Kartierung des Unkrautvorkommens und Auswahl der bekämpfungswürdigen Teilflächen als Datengrundlage für die Spritzeinheit; zum anderen der Unkrautbekämpfung selbst. Durch die Kartierung der zu bekämpfenden Unkrautstandorte wird dem Kontrollsystem der Spritze ein zweidimensionales Signal zur Verfügung gestellt, das die Information über "Spritze ein" oder "Spritze aus" für den jeweiligen Standort enthält. Zur Nutzung dieser Information ist ein Ortungssystem für das Feldfahrzeug erforderlich, das kontinuierlich die relative Position der Feldspritze innerhalb des Schlages bzw. die relative Position zu den zu bekämpfenden Unkrautnestern liefert.

Die Unkrautbekämpfung auf Teilflächen auf Grundlage einer zuvor erstellten Karte der Unkrautverteilung hat gegenüber der Bekämpfung in Echtzeit höhere Ansprüche an die technische Ausstattung des Betriebes und die Qualifikation des Personals. Außerdem sind mehrere Arbeitsgänge erforderlich. Der Vorteil der Kartierung liegt in der Möglichkeit, aufgrund der Kenntnis der Art und der Verteilung der Unkräuter innerhalb des ganzen Schlages eine optimale Entscheidung hinsichtlich der Auswahl des Pflanzenschutzmittels zu treffen. Die Kartierung bietet auch die Möglichkeit der Kombination von Verfahren zur Unkrauterkennung. Unkrautkartierung und Bekämpfung müssen nicht gleichzeitig erfolgen, sondern können zum jeweils günstigsten Zeitpunkt durchgeführt werden (29, S. 465 f.).

3.1 Das Echtzeitkonzept

Optische Sensoren sind schnell genug, um grüne Pflanzen auch bei hohen Fahrtgeschwindigkeiten in Echtzeit von Boden oder abgestorbenem Pflanzenmaterial zu unterscheiden und gleichzeitig die Herbizidausbringung zu steuern. Das Institut für Betriebstechnik der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) hat ein auf dem Markt erhältliches optoelektronisches System zur Pflanzenerkennung - das System Detectspray® - erprobt und so weiterentwickelt, dass ein sicherer und automatisierter Einsatz bei der Unkrautbekämpfung möglich ist (5, S. 34).

3.1.1 Systembeschreibung

Das Systems Detectspray® besteht aus den in Abbildung 4 gezeigten Komponenten, die über einen Datenbus miteinander verbunden sind.

Der Spritzmonitor dient zur Steuerung des Systems und hat die Funktionen:
- EIN/AUS Stromversorgung,
- EIN/AUS Spritzvorgang,
- Wahl Dauerspritzen/Selektivspritzen,
- Einstellung Schwellenwert Spritzvorgang und
- Anzeige Werte Umgebungslicht Sensor.

Der Spritz-Sensor hat die Aufgabe, grüne Pflanzen zu erkennen (vgl. Kapitel 2.2.1). Der Sensor ist auf den Boden gerichtet und empfängt das reflektierte Tageslicht. Das Sichtfenster des Sensors ist rechteckig, die Größe des Sichtfensters ist abhängig vom Abstand Boden - Sensor.

Der Umgebungslichtsensor verwendet die gleichen Fotodioden und Filter wie der Spritz-Sensor. Er ist jedoch vom Boden weg gerichtet und empfängt direkt das Tageslicht. Die Signale der beiden Fotodioden des Umgebungslichtsensors werden an den Monitor weitergeleitet und dort angezeigt. Die Signale dienen der Anpassung des Systems an wechselnde Lichtbedingungen, z.B. zur Arbeit bei Bewölkung oder im Schatten.

Das Magnetventil sitzt anstelle des sonst verwendeten Ventils an der Pflanzenschutzspritze. Es wird vom zugehörigen Spritz-Sensor gesteuert und EIN/AUS geschaltet (4, S. 453).

Abbildung 4 (9k)

Abb. 4: Schematische Darstellung des Systems DETECTSPRAY® (16, S. 13)

3.1.2 Anpassung an die Bedürfnisse einer landwirtschaftlichen Nutzung

Das System Detectspray® war ursprünglich konzipiert, um den Bewuchs an Bahndämmen oder in den Ritzen gepflasterter Plätze zu bekämpfen (5, S. 34). Für den Einsatz in der Landwirtschaft bestand ein Nachbesserungsbedarf hinsichtlich der Bedienungsfreundlichkeit, der Kompatibilität mit einem Hofrechner sowie der Anpassung an verschiedene Fahrgeschwindigkeiten. Innerhalb eines Forschungsprojektes an der Bundesanstalt für Landwirtschaft am Institut für Betriebstechnik wurde das System Detectspray® gemäß den Ansprüchen, die ein Einsatz bei der landwirtschaftlichen Unkrautbekämpfung stellt, verändert und ergänzt (vgl. Abbildung 5). Durch einen neuen Spritzmonitor ist es möglich, eine direkte Verbindung über eine RS232-Schnittstelle zu einem PC herzustellen. Der aufwendige Nullabgleich zwischen dem Umgebungslichtsensor und den Spritzsensoren kann nun per Knopfdruck über dem Boden selbst oder über Jute, mit einer dem Boden ähnlicher Reflexionscharakteristik, durchgeführt werden. Die Fahrgeschwindigkeit ist nicht mehr von vornherein festgelegt; sie wird jetzt von einem Radar-Sensor gemessen und geht direkt in die Berechnung des Zeitpunktes einer Herbizid-Applikation mit ein. Der Bediener muss sich nicht mehr auf die Einhaltung einer Geschwindigkeit konzentrieren. Durch eine Verringerung der Messzykluszeit an den Sensoren konnte der Abstand zwischen einem Spritz-Sensor und dem ihm zugeordneten Spritzventil auf 10 cm verkleinert werden. Dieser Abstand ermöglicht es, die Zielfläche in einem Geschwindigkeitsbereich von 0,4 bis 8 km/h zu treffen. Außerdem gestattet er einen leichteren Anbau der Einheiten an herkömmliche Spritzgestänge (16, S. 13 f.).

Abbildung 5 (12k)

Abb. 5: Schematische Darstellung des neuen Systems für die Pflanzenerkennung (16, S. 14)

3.1.3 Einsatzbereiche und Einsparpotenzial

Beim Einsatz eines optoelektronischen Systems zur Unkrautkontrolle müssen bestimmte Vorbedingungen erfüllt sein. Da das System nur Pflanzen erkennen, nicht aber unterscheiden kann, muss sichergestellt sein, dass alle erkannten Pflanzen auch Unkräuter sind. Diese Bedingungen sind auf Schwarzbrache, zwischen den Reihen von Maispflanzen und auf konservierend bearbeiteten Flächen vor dem Feldaufgang gegeben. Gerade bei konservierender Bodenbearbeitung mit Direkt- oder Mulchsaat, bei der nicht-selektive Herbizide vor oder kurz nach der Saat eingesetzt werden und die Schläge nicht gleichmäßig mit Unkräutern besetzt sind, stellen Techniken wie Detectspray® eine bedeutende Verbesserung dar. Die Nutzung des Systems zur Ausbringung selektiver Herbizide ist natürlich grundsätzlich auch möglich. Es wäre durchaus bei Getreide oder Kulturen mit weiten Reihenabständen denkbar, aber dahingehende Untersuchungen wurden noch nicht durchgeführt (16, S. 11 f.). Vor jedem Einsatz wird das System über unkrautfreiem Boden oder über Jute abgeglichen. Es wird der Setpoint (Schwellenwert) bestimmt, für den alle Ventile geschlossen sind. Abhängig von der Größe der zu erkennenden Unkräuter wird der Setpoint dann mehr oder weniger erhöht (4, S. 454 f.). Beim Einsatz in Mais wird zusätzlich der Abstand der Spritzsensoren so justiert, dass das Sichtfeld der Sensoren gerade bis an die Maisreihen reicht und auch dort wachsende Unkräuter erkannt werden. Prinzipiell ist auch ein Einsatz des Systems in Getreide möglich. Dazu wird das System nicht über unkrautfreiem Boden, sondern über einer unkrautfreien Getreidefläche abgeglichen und der Schwellenwert bestimmt, für den die Magnetventile geschlossen bleiben. Größere Unkräuter und Unkrautnester können sicher erkannt und gezielt behandelt werden. Die Abstimmung auf kleinere Unkräuter und Fehlstellen im Getreidebestand bereiten allerdings noch Probleme (3, S. 69).

Die Effektivität der Sensor gesteuerten Unkrautkontrolle entspricht der einer konventionellen Flächenspritzung (4, S. 455). Die Höhe der Herbizideinsparungen schwankt allerdings abhängig vom Unkrautbesatz, der Unkrautverteilung und besonders vom Entwicklungsstadium der Unkräuter sehr. Sind die Blätter der Unkräuter voll entwickelt und damit die Bodenbedeckung durch eine einzelne Unkrautpflanze wesentlich höher als z.B. durch eine Pflanze im Keimstadium, so bleiben auch die sensor gesteuerten Magnetventile pro Pflanze länger geöffnet und der Spritzmittelverbrauch je Pflanze steigt (3, S. 69). Abbildung 6 vergleicht bei Mulchsaat die unterschiedlichen Spritzmittelaufwendungen je Flächeneinheit beim Einsatz eines optoelektronischen Systems zu verschiedenen Zeitpunkten mit dem Aufwand bei konventioneller Ganzflächenapplikation. Die Höhe der Einsparungen schwankt in einer Bandbreite von 30-70 %.

Abbildung 6 (9k)

Abb. 6: Relativer Spritzmittelverbrauch nach Mulchsaat zu verschiedenen Behandlungszeitpunkten (4, S. 455).

Aber nicht nur bei konservierender Bodenbearbeitung liegt der Spritzmittelverbrauch bei ca. 30-70 % der Aufwandmenge einer Ganzflächenspritzung. Auch bei Sensor gesteuerter Spritzung in Mais liegt der Verbrauch an Spritzmitteln, laut persönlichen Mitteilungen der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft, Braunschweig, um 30-70 % unter dem konventioneller Methoden.

In Tabelle 3 sind die möglichen Anwendungsbereiche und die jeweiligen Einsparpotenziale der Unkrautkontrolle durch optoelektronische Sensoren gegenüber einer Ganzflächenapplikation mit Herbiziden zusammengestellt.

Tabelle 3: Anwendungsbereiche und Einsparpotenziale der Unkrautkontrolle durch optoelektronische Systeme

Anwendungsbereiche Konservierende Bodenbearbeitung Kulturen mit weiten Reihenabständen Kulturen mit engen Reihenabständen
Mulchsaat Direktsaat z.B. Mais Getreide
Anwendung ja ja ja bedingt
Einsparung 30-70 % 30-70 % 30-70 % unbekannt

3.1.4 Verfahrenskosten

Die in Kapitel 3.1.3 genannten Ergebnisse wurden auf Versuchsflächen ermittelt, auf denen die Herbizidapplikation durch eine handelsübliche Pflanzenschutzspritze mit einer Arbeitsbreite von 12 m erfolgte. Die Pflanzenschutzspritze war mit dem System Detectspray® zur optoelektronischen Pflanzenerkennung nachgerüstet. Das System Detectspray® besteht aus den Komponenten:
- Spritzsensoren,
- Umgebungslichtsensor,
- Spritzmonitor und
- Magnetventile.

Die Ausgaben für die Anschaffung der Bauteile, die Installation und Verkabelung betragen 26.500 DM (Stand: Mai 1999). Der Zeitbedarf für die Ausbringung entspricht dem bei einer konventionellen Spritzung. Die Abgleichprozedur zur Ermittlung des Setpointes schlägt sich bei einem Einsatz in landwirtschaftlicher Größenordnung nicht in einem nennenswert höheren Zeitbedarf pro ha nieder.

Die Anschaffungskosten für ein den Bedürfnissen der Landwirtschaft angepasstes System (vgl. Kapitel 3.1.2) können zur Zeit noch nicht beziffert werden. Sie werden voraussichtlich im Bereich von 25-30 000 DM liegen.

3.2 Das Kartierungskonzept

Mit dem Aufbau der Satellitenortung wurde in den USA und der ehemaligen Sowjetunion Anfang der 70er Jahre begonnen. Unter militärischen Gesichtspunkten wurde versucht, mit neuesten technischen Hilfen die altbewährte Ortungstechnik über Fixpunkte am Himmel (Sterne) und Triangulation weltumspannend zu ersetzen. Es entstanden zwei weitgehend identische Systeme mit nahezu gleichen Leistungsmerkmalen unter dem Oberbegriff GPS und den speziellen Bezeichnungen der USA mit "GPS-NAVSTAR" und der damaligen UdSSR mit "GLONASS". Sie bestehen aus jeweils drei Segmenten: Dem Boden- und Kontrollsegment für die zentrale Steuerung und Überwachung; dem Raumsegment, bestehend aus mindestens 24 Satelliten und dem Nutzersegment, bestehend aus den Empfängern der Satellitensignale. Die einzelnen Satelliten sind manövrierfähig und verfügen über hochgenaue Atomuhren. Sie arbeiten als "Einwegsender" und strahlen ständig eine Weltzeit und die jeweils eigene Position ab. Die Positionsermittlung erfolgt über die Laufzeitermittlung der Signale in Form der Trilateration (Längenmessung). Da derzeit für GLONASS keine preiswerten Empfänger zur Verfügung stehen und ein europäisches System noch nicht umgesetzt ist, soll im weiteren nur GPS-NAVSTAR angesprochen werden (1, S. 4 f.).

Mit der Möglichkeit der Positionsbestimmung über GPS bzw. DGPS eröffnet sich eine neue Möglichkeit der Unkrauterfassung und Bekämpfung. Mit DGPS ist es möglich, die Position eines Arbeitsgerätes auf dem Schlag auf weniger als 1m genau zu bestimmen. Für den Pflanzenschutz bedeutet dies, dass die Herbizidapplikation durch geeignete Steuerungs- und Regelungstechnik soweit automatisiert werden kann, dass im Ergebnis eine höhere Arbeitsqualität durch exaktere räumliche Dosierung entsprechend der Verunkrautung erreicht wird (27, S. 327).

3.2.1 Nutzung von GPS in der Landwirtschaft

Die durch das NAVSTAR-GPS erreichbare Genauigkeit in der Positionsbestimmung von ca. 100 m genügt nicht den Anforderungen, die der exakte Ackerbau an ein Satellitenortungssystem stellt. Aufgaben wie Flächenaufmaßung, Bodenbeprobung oder die teilschlagspezifische Ermittlung von Erntemengen, Düngeaufwand und Aufwandmengen im Pflanzenschutz stellen wesentlich höhere Anforderungen an die Genauigkeit eines Ortungssystems. Die Satellitenortungstechnik muss um bei der Landbewirtschaftung zum Einsatz zu kommen, eine Ortungsgenauigkeit von mindestens 5 m bieten, die gegenwärtig nur durch ein Differential GPS (DGPS) erreicht werden kann (9, S. 24 f.). Bei der Nutzung eines DGPS-Systems werden immer mindestens zwei Empfänger zeitgleich parallel betrieben, wobei ein Empfänger auf einer bekannten Position fest installiert ist. Dieser stationäre Empfänger ermittelt aus seiner bekannten Position und der von ihm errechneten Satellitenposition den aktuellen Fehler und stellt diesen einem zweiten oder vielen anderen Empfängern zur Verfügung (1, S. 4 f.).

Die Bereitstellung eines Referenzsignals kann auf mehrere Arten erfolgen. Es kann von einer eigenen Feststation geliefert werden, wenn kein öffentlich verfügbares Signal empfangen werden kann. Eine eigene Feststation erfordert allerdings einen Investitionsbedarf von ca. 20.000 DM, und ohne zuerkannte Übertragungslizenz dürfen nur Sendeleistungen von 2 Watt genutzt werden. Diese Sendeleistung überbrückt allerdings nur Distanzen von 2 bis 6 km. Die Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsanstalten (AdV) bietet den Referenzdienst SAPOS (SAtelliten POSition) an. Die Verarbeitung der Signale erfolgt über die RDS Verkehrsfunksender. Erreichbar ist eine Genauigkeit von 2 bis 5 m. Zum Empfang werden UKW-Empfänger benötigt, bei welchen mit dem Kaufpreis einmalige Lizenzgebühren zu entrichten sind (Empfänger und Lizenz etwa 2000 DM). Die Telekom bietet in Zusammenarbeit mit dem Institut für angewandte Geodäsie in Frankfurt den Korrekturdienst ALF (Accurate Positioning by Low Frequency) an. Das Korrektursignal wird von einer einzigen Feststation in Mainflingen bei Frankfurt über Langwelle im RDS-Format gesendet. Die Reichweite beträgt 600 km und deckt somit das ganze Bundesgebiet ab. Der Kaufpreis für den Empfänger und die Lizenzgebühr betragen etwa 2500 DM. Der Regeldienst besteht seit Januar 1997 (1, S. 6). In Entfernungen bis zu 150 km zur Küste kann das Differenzsignal zur Schifffahrtsleitung der Küstenfunkstationen genutzt werden . Dieser Signaldienst ist kostenfrei und zeichnet sich durch seine Stabilität aus. Als letzte Möglichkeit bietet sich ein von Satelliten ausgesendetes Differenzsignal der Betreiber RACAL oder OMNISTAR an. Der Anschaffungspreis von 10 000 DM für den Empfänger und die jährliche Gebühr von 1000 DM sind jedoch sehr hoch (9, S. 24 f.).

Tabelle 4 zeigt zusammenfassend die momentan für die Landwirtschaft in Frage kommenden Referenzsignale, ihre Anbieter und Kosten zum Betrieb eines DGPS-Systems. Je nach den örtlichen Gegebenheiten landwirtschaftlicher Betriebe bestehen große Unterschiede hinsichtlich der Anschaffungs- und Betriebskosten.

Tabelle 4: Kennwerte, der für die Landwirtschaft verfügbaren GPS Referenzsignale

Anbieter Bezeichnung Reichweite Anschaffungspreis Gebühren
Selbst Feststation 2 bis 6 km Ca. 20 000 DM Keine
Telekom ALF ganzes Bundesgebiet 2500 DM im Anschaffungspreis
AdV SAPOS jeweiliges Bundesland 2000 DM im Anschaffungspreis
Küsten-
funk
  bis zu 150 km zur Küste keine keine
Satelliten RACAL OMNISTAR ganzes Bundesgebiet 10 000 DM 1000 DM pro Jahr

3.2.2 Funktionsweise des Kartierungskonzeptes

Das Kartierungskonzept verfolgt das Ziel, die Anzahl, Art und Verteilung der Unkräuter möglichst genau zu kartieren und anhand dieser Verteilungskarte die Unkräuter teilflächen spezifisch zu bekämpfen. Für die praktische Bestimmung der Heterogenität muss ein Kompromiss zwischen einer möglichst genauen Abbildung der Verunkrautung und dem dazu erforderlichen Aufwand gefunden werden (35, S. 317 f.).

Die Unkrautdichte und Verteilung wird durch Handbonituren an den Schnittpunkten eines imaginären über den Schlag gelegten Gitternetzes ermittelt. Die geographische Position der Zählpunkte muss bekannt sein. Die Position kann entweder durch ein tragbares DGPS bei der Zählung selbst ermittelt werden, oder der Schlag wurde bereits vor der Bonitur mit Hilfe eines Ortungssystems vermessen und die Lage der Zählpunkte ist bekannt (27, S. 327). Grundsätzlich sind zur Realisierung einer teilflächen spezifischen Bewirtschaftung bestimmte Vorleistungen zur Ermittlung der Heterogenität der Ackerfläche zu erbringen. Diese Voruntersuchungen sind notwendig, um die geeigneten Schläge für das teilflächen spezifische Vorhaben zu bestimmen. Folgende Arbeiten sollten in die Vorleistungen miteinbezogen werden:
- Analyse des Bodens,
- Vorauswahl der Schläge für teilflächen spezifische Pflanzenproduktion,
- Aufnahme der Schlagkonturen mit DGPS, evtl. als Dienstleistung,
- Vektorisieren und Beschriften der Bodenkarten und
- Verschneiden der Karten mit den Schlagkonturen.
(28, S. 50 f.).

Bei praktischen Spritzversuchen wird meist eine Gitterweite von 20x24 m oder größer verwendet. Die Bonitur nach Art und Anzahl der Unkräuter kann dann entweder direkt an den Schnittstellen der Gitternetzlinien erfolgen oder durch vier Zählungen an Stellen, die zufällig in einem Umkreis von 3 m um die Schnittstellen gewählt wurden. Der berechnete Durchschnitt der vier Zählungen wird als Maß des Unkrautbefalls am Schnittpunkt der Gitternetzlinien verwendet. Die Zählung selbst erfolgt in einem rechteckigen Rahmen mit einer Grundfläche von 0,1 m2 (13, S. 220 f.). Andere Versuchsanlagen nutzen eine Rastergeometrie von 50 m (Fahrtrichtungs bezogen) x 36 m (Arbeitsbreiten bezogen). Mit Bezug auf den erheblichen Rasterabstand können zur Erhöhung der Schätzgenauigkeit größere Zählflächen verwendet werden.

Dem Vorbereiten der geokartierten und differenzierten Applikationsdatei dient ein GIS-Programm, z.B. TopoL. In diesem Programm werden teilflächen spezifische Daten, z.B. über Boden, Nährstoffe und Pflanzenbestand, abrufbar gespeichert. Die nach einem bestimmten Raster vorgegebene geokartierte Applikationsdatei wird mittels eines Schreib-Lesegeräts vom Bürocomputer auf Chipkarte übertragen und schließlich im Schlepper dem Bordcomputer mit DGPS-Schnittstelle übergeben. Die Feldspritze ist mit einem Jobrechner zur elektronischen Steuerung ausgestattet (28, S. 50 f.).

Innerhalb eines Programms wie TopoL wird, mit Hilfe der Kriging-Interpolation, eine Karte der Unkrautverteilung für den gesamten Schlag und für jede Art erstellt. Entsprechend definierter Dichteklassen wird der Schlag in Bereiche gleicher Verunkrautung eingeteilt. Nach einem Schadschwellenprinzip werden die bekämpfungswürdigen Standorte für die Unkrautarten ermittelt. Die Karten der bekämpfungswürdigen Standorte der einzelnen Unkrautarten werden innerhalb des Programms übereinander gelegt, und es wird eine Applikationskarte erstellt. Entsprechend der Arbeitsbreite, hier 12 m, der Pflanzenschutzspritze wird das Feld in Zellen von 12x12 m eingeteilt und für jede Zelle entsprechend der Behandlungskarte eine ja/nein-Entscheidung hinsichtlich der Bekämpfung getroffen. Um die zu behandelnde Zelle mit hinreichender Genauigkeit zu treffen, wird, je nach den Möglichkeiten verfügbarer Ortungssysteme, die Spritzung bereits in einem Puffer vor und nach der Zelle eingeleitet (13, S. 220 ff.). Neben dem Programm TopoL ist den Autoren ein weiteres, speziell an die Bedürfnisse des exakten Ackerbaus angepasstes Programm bekannt, das Local Resource Information System, kurz LORIS, mit dem geokartierte und differenzierte Applikationsdateien für den exakten Ackerbau erstellt werden können. Mit LORIS ist es möglich, auf der Basis eines GIS-Programms Daten unterschiedlicher Quellen zu einer Darstellung der räumlichen Variabilität innerhalb eines Schlages zu verarbeiten. Die Darstellung orientiert sich an einer minimalen Gitternetzweite von 10x10 m, die jedoch nach den jeweiligen Bedürfnissen vergrößert werden kann. Die maximal verarbeitbare Anzahl von Gitternetzpunkten pro Schlag beträgt 10 000, was bei einer Gitternetzweite von 10x10 m die maximale Schlaggröße auf 100 ha begrenzt. Wie bei anderen georeferenzierten Veränderlichen können die Daten der Applikation als Graphiken oder als Applikationskarten exportiert werden. Für den praktischen Einsatz auf dem Feld werden die geokodierten Informationen zur Steuerung, z.B. einer Pflanzenschutzspritze auf einen Datenträger, beispielsweise eine Chipkarte, übertragen und im Schlepper dem Bordcomputer mit DGPS-Schnittstelle übergeben, der die Informationen an einen Jobrechner weitergibt (26, S. 821 ff.).

3.2.3 Einsatzbereiche des Kartierungskonzeptes

Unkrautkontrolle durch die Kartierung der Unkrautverteilung mit anschließender teilflächen orientierter Bekämpfung der Standorte, die eine vorgegebene Schadschwelle überschreiten, ist prinzipiell in allen Kulturen möglich. Das Haupteinsatzgebiet liegt jedoch dort, wo besondere Ansprüche an die Genauigkeit der Herbizidausbringung gestellt werden bzw. wo der Einsatz eines Totalherbizides nicht ohne weiteres möglich ist. Die Verwendung von Sensoren zur Steuerung der Herbizidausbringung, bei der die zeitaufwendige Bonitur mit anschließender Datenauswertung nicht erforderlich ist, beschränkt sich auf Kulturen mit weiten Reihenabständen, oder auf eine Spritzung vor dem Auflaufen (vgl. Kapitel 3). In Kulturen mit engen Reihenabständen, also vor allem in Getreide, ist eine Differenzierung der vielartigen Unkrautgesellschaft zur Auswahl der passenden Spritzmittelkombination erforderlich. Andere Vorgehensweisen als das Konzept der Kartierung sind dazu im Moment nicht in der Lage (31, S. 777).

Die Tatsache, dass Erfassung und Bekämpfung der Unkräuter beim Kartierungskonzept nicht in einem Arbeitsgang erfolgen, bietet die Möglichkeit, jeweils das optimale Zeitfenster für die einzelnen Arbeitsgänge zu nutzen (29, S. 465 f.). Gerade bei Getreide, bei dem sich die Ausbringung von Herbiziden stark am Entwicklungsstadium der Kulturpflanzen orientiert (18, S. 298 ff.), kann die Kartierung zum günstigsten Zeitpunkt für die Bonitur erfolgen und je nach Wirkstoffklasse der Herbizide zum passenden Zeitpunkt die Applikation auf der Basis der Unkrautkartierung teilflächen orientiert vorgenommen werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die hohen Ansprüche, die die Anwendung des Kartierungskonzeptes an die Qualifikation des Personals, an den Zeitbedarf und die technische Ausstattung des Betriebes stellt, nur dort gerechtfertigt sind, wo eine teilflächen orientierte Unkrautbekämpfung außerhalb des Kartierungskonzeptes noch nicht möglich ist. Der Anwendungsbereich dieser Vorgehensweise konzentriert sich besonders auf Kulturen mit engen Reihenabständen, also vor allem auf Getreide.

3.2.4 Einsparpotenzial des Kartierungskonzeptes

Wie schon in Kapitel 2.1 angesprochen, können aufgrund der nesterweisen Verteilung das Unkrautes oder der Ungräser häufig mehr als 50 % des Ackerschlages unbehandelt bleiben, ohne dass dies zu einem Minderertrag führt (12, S. 35). Da sich eine Unkrautbekämpfungsmaßnahme an der wirtschaftlichen Schadschwelle orientieren sollte, kann bei der Unkrautbekämpfung innerhalb eines Kartierungskonzeptes mit Spritzmitteleinsparungen von über 50 % gerechnet werden. Die wirtschaftliche Schadschwelle definiert sich als die Populationsdichte eines Schädlings oder das Ausmaß einer Erkrankung oder Verunkrautung, die bei einer Nichtbekämpfung Schäden in gleicher Höhe verursachen würde wie an Kosten für die Bekämpfungsmaßnahme entstehen. Erst wenn die wirtschaftliche Schadschwelle überschritten wird, ist eine Bekämpfung ökonomisch sinnvoll (6, S. 7). Bei Spritzversuchen nach dem Kartierungskonzept in Getreide konnten Mitteleinsparungen zwischen 47 % und 68 % beobachtet werden. Die Höhe der Einsparungen war weniger abhängig von der Weite bzw. Enge des Gitternetzes, das zur Unkrautkartierung herangezogen wurde, als von der Behandlungsstrategie. Wurden die einzelnen Teilflächen gemäß ihrer Verunkrautung in vier Befallsklassen eingeteilt und mit vier verschiedenen Dosen, 0-_-_-1 der maximalen Dosis, behandelt, konnten einmal 47 %, ein anderes mal 66 % Spritzmittel eingespart werden. Erfolgte eine Einteilung in sechs Befallsklassen betrug die Einsparung 68 % (15, S. 999 ff. und 8, S. 964 ff.). Die Schwankung des Mittelverbrauches kann nicht ursächlich auf die Effektivität der einen oder anderen Strategie zurückgeführt werden und muss unbedingt bei Berechnungen der Wirtschaftlichkeit beachtet werden. In Tabelle 5 sind die unterschiedlichen Strategien mit ihren beobachteten prozentualen Einsparungen bzw. ihrem jeweiligen Behandlungsindex zusammengestellt. Ein Behandlungsindex von eins ist definiert als eine einmalige Behandlung eines Schlages mit einer normalen Aufwandmenge an Herbiziden. Unter einer normalen Aufwandmenge versteht sich die vom Hersteller entsprechend der Größe des Schlages in Hektar empfohlene Aufwandmenge (15, S. 1000 f.). Aus der Multiplikation des Behandlungsindexes mit den Kosten einer Ganzflächenapplikation ergeben sich die Mittelkosten bei einer Unkrautbekämpfung nach dem Konzept der Kartierung mit der jeweiligen Spritzstrategie.

Tabelle 5: Prozentuale Spritzmitteleinsparungen und Behandlungsindizes für verschiedene Behandlungsstrategien.

Dosen Mittelaufwand
Anzahl Einteilung Behandlungsindex Einsparung
4 0; 1/3; 2/3; 1 0,530-0,338 47 % - 66 %
5 0; ; ; ; 1 0,320 68 %

Quelle: Nach HEISEL, CHRISTENSEN, WALTER, 1996, S. 999 ff. und CHRISTENSEN, HEISEL, WALTER, 1996, S. 964 ff.)

3.2.5 Verfahrenskosten des Kartierungskonzeptes

Die kleinräumige Bestandsführung und damit auch die teilflächen spezifische Unkrautbekämpfung in der Landwirtschaft erfordern eine technische Ausstattung, die weit über das übliche Niveau landwirtschaftlicher Betriebe hinausgeht. Um tauglich für präzise Landwirtschaft zu sein, muss ein Schlepper über einen GPS- und DGPS-Empfänger mit zugehöriger Antenne verfügen. Es muss eine Docking-Station für einen Bordrechner vorhanden sein, und der Schlepper sollte mit dem landwirtschaftlichen Bus-System ausgestattet sein. Je nach Größe des Betriebes muss mindestens ein Bordrechner mit Software vorhanden sein. Das Büro muss neben einem handelsüblichen Personal Computer mit einer Software zur Erstellung von Ertrags- und Applikationskarten sowie einem Chipkartenlesegerät ausgestattet sein. Jedes benötigte Arbeitsgerät muss über einen Jobrechner verfügen.

In Deutschland sind den Autoren momentan zwei Firmen bekannt, die die technische Ausstattung für Precision Farming anbieten, jedoch konnte 1999 nur eine davon feste Preise nennen. Wenn bereits ein Computer auf dem Betrieb vorhanden ist, erfordert die Ausstattung von Büro und eines Schleppers Investitionen in Höhe von 28 130 DM. Für das Korrektursignal entstehen zusätzliche Kosten von jährlich 1000 DM.

Eine Anbieterbefragung ergab, dass die Ausstattung einer Pflanzenschutzspritze mit einem Jobrechner einen zusätzlichen Investitionsbedarf von 5500 DM verursacht.

Arbeiten zur teilflächenspezifischen Erfassung von Unkrautsituationen sind zur Zeit in der Literatur noch wenig zu finden. Eine Erklärung dafür kann in dem gegenwärtigen Stand der Verfahrensentwicklung zu finden sein. Viele Versuchsansteller sehen die Priorität ihrer Arbeiten darin, Gesetzmäßigkeiten zu Heterogenitätsmerkmalen der Unkrautverteilung zu ermitteln oder Erkennungsstrategien zu entwickeln. Die wirtschaftliche Bewertung vorliegender Untersuchungsergebnisse wird dabei häufig noch außer Acht gelassen, wahrscheinlich auch infolge des hohen Arbeitsaufwandes. Die Boniturmethoden richten sich verfahrensorientiert nach den maschinentechnisch realisierbaren Möglichkeiten, die Herbiziddosierung zu variieren. Die Rastergeometrien schwanken in einer Bandbreite von 20x20 m bis 50x50 m, d.h. zwischen 4 und 25 Zählstellen pro Hektar. Auch die Vorgehensweise an den Zählstellen, eine Zählung oder das Mittel aus mehren Zählungen als Boniturwert sowie die Größe der Zählflächen, 0,1-0,5 m2, sind von Versuchsansteller zu Versuchsansteller verschieden.

Die artbezogene Bonitur von 25 Zählstellen/ha, bei einer Zählflächengröße vom 0,25 m2 , beanspruchte auf einem 11 ha großen Schlag 48 Arbeitsstunden. Das entspricht einem Arbeitsaufwand von 4,36 Arbeispersonenstunden (APh) pro ha (20, S. 105 f.). Bei einer Rasterweite von 25x25 m und 16 Zählstellen pro Hektar mit einer Zählfläche von 0,1 m2 ergibt sich ein Zeitaufwand von 0,63 Stunden pro Hektar (24, S. 139). Beträgt die Rasterweite 5036 m, mit 6 Zählstellen pro Hektar bei einer Fläche von je 0,5 m2, muss je nach der Intensität der Verunkrautung mit einem Zeitaufwand von 0,45 bis 2,5 APh/ha für die Bonitur gerechnet werden (27, S. 327). Bei der größten untersuchten Rasterweite von 50x50 m, bei der an 4 Zählstellen pro Hektar mit einer Fläche von je 0,1 m2 ausgezählt wurde, betrug der Zeitaufwand für die Bonitur 0,4 Stunden pro Hektar (24, S. 139). In Abhängigkeit von der Schadpflanzen- und Zählstellendichte kann der Beprobungsaufwand bei manuellen Bonituren 0,45 bis 4,5 Stunden pro Hektar erreichen (33, S. 155). In Tabelle 6 sind die Rasterweiten, die jeweilige Anzahl der Zählstellen, Zählflächengröße und der Zeitaufwand pro Hektar zusammengefasst.

Tabelle 6: Zeitaufwand für die Unkrautbonitur pro Hektar bei verschiedenen Rasterweiten und Zählflächengrößen.

Rasterweite [m] Zählstellen/ha Zählstellenfläche [m2] Zeitaufwand [APh/ha]
20x20 25 0,25 4,36
25x25 16 0,1 1,6
50x36 6 0,5 2,5-4,5
50x50 4 0,1 0,4

Quelle: Zusammenstellung nach verschiedenen Autoren (vgl. Text).

Zusätzlich zum Zeitaufwand für die Bonitur ist der Zeitaufwand für die Erstellung der Rasterkoordinaten von 0,2 Stunden pro Hektar und die fahrzeuggestützte DGPS-synchrone Markierung der Zählstellen mit einer Dauer von 0,4 Stunden pro Hektar hinzuzurechnen (32, S. 196 f.). Zusammenfassend kann der Zeitbedarf für die Bonitur je nach der Intensität der Verunkrautung und der Wahl der Rasterweite im Bereich von 1-5 Stunden pro Hektar angesetzt werden. Legt man einen Lohnansatz von 20 DM/APh zugrunde, ist bei der teilflächenspezifischen Unkrautbekämpfung mit dem Kartierungskonzept mit einem zusätzlichen Lohnaufwand von 20-100 DM/ha zu rechnen. Der Zeitaufwand für die Übertragung der Zählergebnisse auf den hofeigenen Rechner und die Erstellung der Applikationskarte wurde von keinem Versuchsansteller näher beziffert. Diese Kosten dürfen nicht unbeachtet bleiben, sind jedoch mit Hinblick auf den großen Schwankungsbereich, in dem sich die Kosten der Bonitur pro Hektar bewegen, nicht ausschlaggebend für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit der teilflächenspezifischen Unkrautbekämpfung innerhalb des Kartierungskonzeptes.

4 Kosten-Nutzen-Rechnung der teilflächenspezifischen Unkrautbekämpfung bei verschiedenen Kulturen

Aufgrund der gerade bei einer relativ neuen Technologie wie dem Precision Farming schnell voranschreitenden technischen Entwicklung kann eine Investition auf diesem Gebiet in relativ kurzer Zeit veraltet sein und sollte dann durch ein neues Gerät ersetzt werden. Bei Investitionen im Bereich von Precision Farming ist eine leistungsbezogene Abschreibung aus diesem Grund nicht sinnvoll. Die folgenden Berechnungen gehen daher von einer Nutzungsdauer von fünf Jahren aus. Alle Berechnungen erfolgen unabhängig von der Betriebsgröße, da die Techniken zur teilflächenspezifischen Unkrautbekämpfung nur in bestimmten Kulturen anwendbar sind und nur für einige Kulturen Ergebnisse über die möglichen Spritzmitteleinsparungen und den tatsächlichen Arbeitsaufwand vorliegen.

In exakten Versuchen wurde feststellt, dass aufgrund einer nesterweisen Verteilung der Unkräuter (vgl. Kap. 2.1) häufig weniger als 50 % eines Ackerschlages mit Herbiziden behandelt werden mussten, ohne dass dies zu einem Minderertrag führt (12, S.35 f.).

Die folgenden Berechnungen orientieren sich an einer 50 prozentigen Spritzmitteleinsparung, beziehen aber auch die in Versuchen erreichten maximalen und minimalen Spritzmitteleinsparungen mit ein.

Ob auf einem bestimmten Schlag die Unkrautverteilung heterogen ist, d.h. die Schadschwelle wird nur in einzelnen Bereichen eines Schlages erreicht und ob damit eine teilflächenspezifische Unkrautbehandlung sinnvoll ist, muss der Landwirt unter Berücksichtigung der Unkrautverteilung der vergangenen Jahre sowie der aktuellen Unkrautsituation jedes Jahr aufs neue entscheiden.

4.1 Kosten-Nutzen-Rechnung für die Unkrautbekämpfung innerhalb des Echtzeitkonzeptes

In Tabelle 7 sind die Kosten der technischen Ausstattung für die Bekämpfung von Unkräutern innerhalb des Echtzeitkonzeptes zusammengefasst. Zeile 1 zeigt die erforderliche Investitionssumme zur Nachrüstung einer 12 m Spritze. Sie belaufen sich auf 26 500 DM (vgl. Kapitel 3.1.4). Aufgrund des zu erwartenden technischen Fortschrittes erfolgt die Abschreibung in Zeile 2 bezogen auf fünf Jahre mit einer jährlichen Summe von 5300 DM. Die jährlichen Zinskosten von 991 DM in Zeile 3, bei einem Kalkulationszinsfuß von 6 %, ergeben sich aus der Differenz der Jahreskosten in Zeile 4 und der Abschreibung aus Zeile 2. Die Jahreskosten wurden nach der Annuitätenformel ohne Reparatur-, Arbeits- und Wartungskosten berechnet. Sie betragen für das gewählte Zahlenbeispiel 23,7 % der Investitionssumme.

Tabelle 7: Investitions- und Jahreskosten der Unkrautbekämpfung nach dem Echtzeitkonzept

Z Kennzahl Einheit  
1 Investitionssumme DM 26 500
2 Abschreibung (5Jahre) DM/Jahr 5300
3 Zins (bei 6 %) DM/Jahr 991
4 Jahreskosten ohne Reparatur, Wartung, Arbeitskosten DM/Jahr 6291


mit: a = Annuität
K0 = Investitionssumme
q = Zins in % dividiert durch 100 plus 1, hier 1,06
N = Nutzungsdauer in Jahren, hier 5

Für das obige Beispiel lautet die Berechnung:

Die berechneten Jahreskosten können nicht, wie schon angesprochen, auf die gesamte Fläche des landwirtschaftlichen Betriebes umgelegt werden. Entsprechend den möglichen Einsatzbereichen der Sensortechnik zur Bekämpfung von Unkräutern auf Teilflächen muss für jede Kultur der Mindesteinsatzumfang bestimmt werden, bei dem mit der zu erwartenden Spritzmitteleinsparung die Mehrkosten gegenüber einer konventionellen Ganzflächenapplikation ausgeglichen werden können.

4.1.1 Kosten-Nutzen-Rechnung bei konservierender Bodenbearbeitung

Bei konservierender Bodenbearbeitung mit Mulch- oder Direktsaat erfolgt die Unkrautbekämpfung durch ein Totalherbizid nach der Saat und vor dem Auflaufen der Feldfrucht. Durch die empfohlene Aufwandmenge von 5 l/ha des Totalherbizides Round Up (10, S. 151) bei einem Preis von derzeit etwa 20 DM pro Liter, bei Abnahme von mindestens 20 Litern, entstehen bei konventioneller Ganzflächenapplikation Mittelkosten in Höhe von 100 DM pro Hektar.

Erfolgt die Herbizidapplikation innerhalb des Echtzeitkonzeptes mit einer Sensor gesteuerten Pflanzenschutzspritze kann der Spritzmittelverbrauch um 30 -70 % gesenkt werden (vgl. Kapitel 3.1.3), d.h. es kann pro Hektar Spritzmittel im Wert von 30 bis 70 DM eingespart werden. Um die zusätzlichen Jahreskosten von 6.291 DM, die durch die Nachrüstung einer vorhandenen Spritze entstehen (vgl. Kapitel 4.1), durch den Wert des eingesparten Spritzmittels ausgleichen zu können, ist bei einem Einsparpotenzial von 70 % der Einsatz auf einer Fläche von 90 ha erforderlich. Beträgt die Spritzmitteleinsparung lediglich 30 % können die zusätzlichen Kosten erst ab einer Einsatzfläche von 210 ha gedeckt werden. Tabelle 8 zeigt die Mindesteinsatzflächen bei einem Einsparpotenzial von 30 - 70 %.

Tabelle 8: Break-Even-Analyse bei konservierender Bodenbearbeitung

  Einheit Einsparpotenzial [%]
30 40 50 60 70
Jahreskosten DM 6291
Einsparung DM/ha 30 40 50 60 70
Einsatzfläche für Break-Even ha 210 157 126 105 90

4.1.2 Kosten-Nutzen-Rechnung bei Kulturen mit weiten Reihenabständen

In Kulturen mit weiten Reihenabständen kann durch die teilflächenspezifische Herbizidapplikation mit einer sensor gesteuerten Pflanzenschutzspritze ebenfalls eine beträchtliche Reduzierung der Aufwandmenge an Spritzmitteln erreicht werden. Versuche in Mais erbrachten eine Spritzmitteleinsparung von 30 - 70 % (vgl. Kapitel 3.1.3). Je nach Ertragsniveau, gehoben bis hoch oder mittel liegen die gesamten Mittelkosten für die Unkrautbekämpfung in Mais bei 145,90 DM bzw. 126,90 DM (17, S.10 f.). Die unterstellten Preise sind Bruttopreise, die Marktbeobachtungen entstammen und sich jeweils auf die größte am Markt erhältliche Verkaufseinheit beziehen (17, S. 2). Um die Jahreskosten von 6291 DM (vgl. Kapitel 4.1), die die Nachrüstung einer Pflanzenschutzspritze mit der Sensortechnik verursacht, durch die Spritzmitteleinsparung auszugleichen, ist bei gehobenem/hohen Ertragsniveau und einer Einsparung von 70 % der Aufwandmenge eine Einsatzfläche von 62 ha erforderlich. Können nur 30 % eingespart werden, liegt die Mindesteinsatzfläche zur Kostendeckung bei 144 ha. Bei einem mittleren Ertragsniveau und Herbizidkosten von 126,90 DM liegt die Mindesteinsatzfläche, um Kostendeckung zu erreichen, bei einer Einsparung von 70 % des Spritzmittels bei 71 ha. Werden nur 30 % eingespart, muss die Einsatzfläche mindestens 144 ha betragen. Die Mindesteinsatzflächen für die Kostendeckung bei verschiedenen Ertragsniveaus und Einsparpotenzialen in Mais sind in Tabelle 9 zusammengefasst.

Tabelle 9: Break-Even-Analyse für den Einsatz in Mais

  Einheit Ertragsniveau
mittel gehoben/hoch
Jahreskosten DM 6291
Einsparpotenzial % 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70
Einsparung DM/ha 38 51 64 76 89 44 58 73 88 102
Einsatzfläche für Break-Even ha 165 123 99 83 71 144 109 86 72 62

Kann die mit Hilfe von Sensoren erreichte Spritzmitteleinsparung auf andere Kulturen mit weiten Reihenabständen übertragen werden, für die noch keine konkreten Versuchsergebnisse vorliegen, so sind besonders Kulturen interessant, bei denen der Herbizidaufwand pro Hektar über dem von Mais liegt. Am Beispiel der Zuckerrübe, bei der die Mittelkosten der Unkrautbekämpfung mit 430,70 DM pro Hektar (17, S. 15) beinahe dreimal so hoch sind wie in Mais, zeigt sich, dass die notwendige Einsatzfläche zur Erreichung der Kostendeckung auch nur ca. ein Drittel derer von Mais beträgt. Bei einer Herbizideinsparung von 70 % können die entstandenen zusätzlichen Jahreskosten von 6291 DM (vgl. Kapitel 4.1) für die technische Nachrüstung bereits ab einer Einsatzfläche von 21 Hektar ausgeglichen werden. In Tabelle 10 sind die Mindesteinsatzflächen für verschiedene Einsparpotenziale bei der Sensor gesteuerten Herbizidausbringung in Zuckerrüben, ab denen die zusätzlichen Jahreskosten ausgeglichen werden, zusammengestellt.

Tabelle 10: Break-Even- Analyse für den Einsatz in Zuckerrüben

  Einheit Einsparpotenzial [%]
30 40 50 60 70
Jahreskosten DM 6291
Einsparung DM/ha 129 172 215 258 302
Einsatzfläche für Break-Even ha 49 37 29 24 21

4.2 Kosten-Nutzen-Rechnung für die Unkrautbekämpfung innerhalb des Kartierungskonzeptes

Die Kartierung und Teilflächen orientierte Bekämpfung von Unkräutern ist neben der Ertragskartierung, der präzisen Saat und der präzisen Düngung nur eine Komponente von Precision Farming. Um auf einem landwirtschaftlichen Betrieb die technischen Voraussetzungen für Precision Farming zu schaffen, sind Investitionen von 28 130 DM erforderlich (vgl. Kapitel 3.2.5).

Bei einem Kalkulationszinsfuß von 6 % und einer Nutzungsdauer von 5 Jahren beläuft sich die Annuität für die technische Ausstattung auf 6678 DM. Zuzüglich der Lizenzgebühr für das DGPS-Signal entstehen dem Betrieb jährliche Mehrkosten von 7678 DM. Bezogen auf die Fläche belaufen sich die Kosten bei einer Betriebsgröße von 50 Hektar auf 154 DM/ha. Beträgt die Flächenausstattung 100 Hektar, halbiert sich die zusätzliche Belastung durch Precision Farming auf 77 DM/ha. Bei einer Betriebsgröße von 400 Hektar schlagen die Kosten noch mit 19 DM/ha zu Buche. Tabelle 11 zeigt zusammengefasst die Jahreskosten und Kosten pro Hektar, die durch die Investition in die für Precision Farming notwendige technische Grundausstattung entstehen.

Tabelle 11: Jährliche Kosten durch Precision Farming

Kennzahl Einheit Betriebsgröße [ha]
50 100 400
Investitionskosten für Precision Farming DM 28 130
Abschreibung (5 Jahre) DM/Jahr 5626
Zins (bei 6 %) DM/Jahr 1052
Annuität DM/Jahr 6678
Lizenzgebühr DM/Jahr 1000
Jahreskosten DM/Jahr 7678
Jahreskosten pro ha DM/ha 154 77 19

Für jedes Arbeitsgerät ist außerdem ein Jobrechner erforderlich. Für die zusätzliche Ausstattung einer Pflanzenschutzspritze mit einem Jobrechner beläuft sich die Investitionssumme auf 5500 DM (vgl. Kapitel 3.2.5). Bei einem Zinsansatz von 6 % und einer Nutzungsdauer von 5 Jahren betragen die Jahreskosten für den Jobrechner 1306 DM. Diese Jahreskosten können nicht wie die Kosten der Grundausstattung für Precision Farming auf die gesamte landwirtschaftliche Nutzfläche umgelegt werden. Entsprechend den möglichen Einsatzbereichen des Kartierungskonzeptes zur Unkrautbekämpfung muss für jede Kultur der Mindesteinsatzumfang bestimmt werden, bei dem die zu erwartende Spritzmitteleinsparung die zusätzlichen Jahreskosten für die technische Ausstattung und die Ausgaben für die zusätzlich aufgewendeten Arbeitsstunden ausgleicht. Die erforderlichen zusätzlichen Arbeitsstunden für die Bonitur der Unkrautverteilung gegenüber einer konventionellen Ganzflächenapplikation bewegen sich im Bereich von 1 bis 5 h pro Hektar. Bei einem Lohnansatz von 20 DM/Ah entstehen damit Mehrkosten von 20-100 DM/ha (vgl. Kapitel 3.2.5). Die erreichbare Spritzmitteleinsparung bei der teilflächenorientierten Unkrautbekämpfung kann mit 50-70 % beziffert werden (vgl. Kapitel 3.2.4).

Der Point of Break-Even ist erreicht, sobald die zusätzlichen Kosten gleich dem Wert der eingesparten Spritzmittel sind. Die dafür erforderliche Mindesteinsatzfläche kann nach folgender Formel berechnet werden:

mit: X = Mindesteinsatzfläche in Hektar pro Jahr
KT = Technikkosten pro Jahr
KA = Arbeitskosten pro Hektar
E = Wert der Spritzmitteleinsparung pro Hektar

Da die Technikkosten KT von vornherein feststehen, hängt der Mindesteinsatzumfang allein von der Differenz aus dem Wert der erreichten Spritzmitteleinsparung, E, und den Arbeitskosten pro Hektar, KA, ab. Kann ein hoher Wert bei der Spritzmitteleinsparung erreicht werden, liegt die Mindesteinsatzfläche X, um den Point of Break-Even zu erreichen, niedriger. Mit höheren Kosten für die Arbeit pro Hektar steigt auch die Mindesteinsatzfläche, um Kostengleichheit mit einer herkömmlichen Ganzflächenapplikation zu erreichen. Nähern sich die zusätzlichen Arbeitskosten pro Hektar dem Wert der monetären Spritzmitteleinsparung pro Hektar steigt die Mindesteinsatzfläche stark an. Ist der monetäre Wert der durch Teilflächenapplikation eingesparten Spritzmittel pro Hektar gleich den zusätzlichen Arbeitskosten für die Bonitur, können die Technikkosten KT nicht mehr gedeckt werden.

Die Unkrautbekämpfung nach dem Kartierungskonzept erfolgt vor allem bei Kulturen mit engen Reihenabständen. Unter diesen Kulturen nimmt Getreide mit einer Anbaufläche von 7 Mill. ha in Deutschland eine herausragende Position ein. Bei den folgenden Berechnungen soll für die drei wichtigsten Getreidearten - Winterweizen mit einer Anbaufläche von 2,7 Mill. ha, Wintergerste mit einer Anbaufläche von 1,5 Mill. ha und Winterroggen mit einer Anbaufläche von 0,9 Mill. ha (7, S. 17) - die Einsatzfläche ermittelt werden, bei der die zusätzlichen Jahreskosten von 1306 DM und die zusätzlichen Arbeitskosten, die durch die Unkrautbekämpfung nach dem Kartierungskonzeptes entstehen, durch den Wert des eingesparten Spritzmittels kompensiert werden.

Die Berechnungen berücksichtigen die Bandbreite der möglichen Spritzmitteleinsparung von 50 bis 70 % (vgl. Kapitel 3.2.4) und die zusätzlichen Arbeitskosten für die Bonitur von 20 bis 100 DM pro ha (vgl. Kapitel 3.2.) gegenüber einer herkömmlichen Ganzflächenapplikation. Die Spritzmittelkosten je Hektar werden in zwei Niveaus unterteilt. Zum einen wird die Kostensituation für Landwirtschaftsbetriebe mit gehobenem bis hohem Ertragsniveau, zum anderen das durchschnittliche, in Bayern durchgeführte Behandlungsniveau für die Berechnungen herangezogen. Die unterstellten Preise sind Bruttopreise, die Marktbeobachtungen entstammen und sich jeweils auf die größte am Markt erhältliche Verkaufseinheit beziehen (17, S. 2).

Abbildung 7 (12k)

Abb. 7: Point of Break-Even in Abhängigkeit von Spritzmitteleinsparung und Arbeitskosten

Abbildung 7 zeigt den Point of Break-Even in Hektar für unterschiedliche monetäre Werte der Spritzmitteleinsparung pro Hektar in Abhängigkeit von den zusätzlichen Arbeits- und Technikkosten pro Hektar gegenüber einer konventionellen Ganzflächenapplikation. So beträgt die notwendige Einsatzfläche bei einer angenommenen Einsparung von 50 DM/ha und zusätzlichen Arbeitskosten von 40 DM/ha etwa 130 ha.

4.2.1 Kosten-Nutzen-Rechnung bei Winterweizen

Für Winterweizen belaufen sich die Spritzmittelkosten pro Hektar bei mittlerem Ertragsniveau auf 79,70 DM, bei hohem Ertragsniveau auf 99,60 DM (17, S. 3). Demnach beträgt der Wert der möglichen Spritzmitteleinsparung 40 bis 70 DM/ha. Kann der Spritzmittelaufwand auf mittlerem Ertragsniveau um 50 % reduziert werden, so können zusätzliche Arbeitskosten von 20 DM/ha auf einer Mindesteinsatzfläche von knapp 66 ha ausgeglichen werden. Auf hohem Ertragsniveau kann bei der maximal möglichen Spritzmitteleinsparung von 70 % und zusätzliche Arbeitskosten von 60 DM/ha für die Bonitur, was bei einem Lohnansatz von 20 DM/h drei zusätzlichen Arbeitsstunden entspricht, der Point of Break-Even ab 134 ha Einsatzfläche erreicht werden. Steigen die Arbeitskosten für die Unkrautbonitur über 65 DM/ha und nähern sich der 70 DM/ha Marke, kann der Point of Break-Even auf gewöhnlichen Einsatzflächen nicht mehr erreicht werden. Tabelle 12 zeigt für die Einsparpotenziale zwischen 40 DM/ha und 70 DM/ha den Mindesteinsatzumfang, entsprechend den zusätzlichen Arbeitskosten, um den Point of Break-Even zu erreichen.

Tabelle 12: Break-Even Analyse für teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung in Winterweizen

Ertragsniveau Mittelkosten Einsparung bei Reduzierung des Spritzmittelaufwandes um
30 % 50 % 70 %
  DM/ha DM/ha DM/ha DM/ha
mittel 79,70 23,91 39,85 55,79
hoch 99,60 29,88 49,80 69,72
Mindesteinsatzfläche bei Technikkosten von 1.306 DM und mittlerem Ertragsniveau
  DM/ha ha/a ha/a ha/a
Arbeitskosten 20 334,0 65,8 36,5
  30 - 132,6 50,6
  40 - - 82,7
  50 - - 225,6
Mindesteinsatzfläche bei Technikkosten von 1.306 DM und hohem Ertragsniveau
  DM/ha ha/a ha/a ha/a
Arbeitskosten 20 132,2 43,8 26,3
  30 - 66,0 32,9
  40 - 133,3 43,9
  50 - - 66,2
  60 - - 134,4

4.2.2 Kosten-Nutzen-Rechnung bei Wintergerste

Die Spritzmittelkosten bei Wintergerste liegen, je nach Ertragsniveau, bei 101,70 DM/ha und 116,90 DM/ha (17, S. 5). Bei einer möglichen Spritzmitteleinsparung von 50 bis 70 % liegt der Wert der eingesparten Spritzmittel zwischen 51 DM/ha und 82 DM/ha. Können bei mittlerem Ertragsniveau lediglich 50 % der Spritzmittel eingespart werden, was den angesprochenen 51 DM/ha entspricht, so können zusätzliche Arbeitskosten von 20 DM/ha ab einer Mindesteinsatzfläche von etwa 42 ha ausgeglichen werden. Für Arbeitskosten über 45 DM/ha ist auf diesem Ertragsniveau bei einer Spritzmitteleinsparung von 50 % der Point of Break-Even auf realistischen Einsatzflächen nicht mehr zu erreichen. Kann dagegen auf gehobenem Ertragsniveau eine Spritzmitteleinsparung von 70 % erreicht werden, was eine Einsparung von 82 DM/ha bedeutet, wird noch bei zusätzlichen Arbeitskosten für die Bonitur von 75 DM/ha der Point of Break-Even bei 191 ha erreicht. Liegen die zusätzlichen Arbeitskosten zwischen 75 DM/ha und 82 DM/ha steigt die Mindesteinsatzfläche, um den Point of Break-Even zu erreichen, schnell in nicht mehr realisierbare Größenordnungen an. In Tabelle 13 sind die Mindesteinsatzumfänge in Abhängigkeit von Ertragsniveau, Einsparpotenzial und zusätzlichen Arbeitskosten aufgelistet.

Tabelle 13: Break-Even Analyse für teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung in Wintergerste

Ertragsniveau Mittelkosten Einsparung bei Reduzierung des Spritzmittelaufwandes um
30 % 50 % 70 %
  DM/ha DM/ha DM/ha DM/ha
mittel 107,70 32,31 53,85 75,39
hoch 116,90 35,07 58,45 81,83
Mindesteinsatzfläche bei Technikkosten von 1.306 DM und mittlerem Ertragsniveau
  DM/ha ha/a ha/a ha/a
Arbeitskosten 20 106,1 38,6 23,6
  30 565,4 54,8 28,8
  40 - 94,3 36,9
  50 - 339,2 51,4
  60 - - 84,9
  70 - - 242,3
Mindesteinsatzfläche bei Technikkosten von 1.306 DM und hohem Ertragsniveau
  DM/ha ha/a ha/a ha/a
Arbeitskosten 20 86,7 34,0 21,1
  30 257,6 45,9 25,2
  40 - 70,8 31,2
  50 - 154,6 41,0
  60 - - 59,8
  70 - - 110,4
  80 - - 713,7

4.2.3 Kosten-Nutzen-Rechnung bei Winterroggen

Bei Winterroggen ist die Bandbreite des Wertes der möglichen Spritzmitteleinsparung durch die Unkrautbekämpfung nach dem Kartierungskonzept, entsprechend den Spritzmittelaufwendungen von 76,20 DM/ha bis 95,30 DM/ha (17, S. 4), 38-66 DM/ha. Bei zusätzlichen Arbeitskosten von 30 DM/ha, was bei einem Lohnansatz von 20 DM/h 1,5 h/ha entspricht, sind bei mittlerem Ertragsniveau und lediglich 50 % Spritzmitteleinsparung schon 161 ha Einsatzfläche notwendig, um den Point of Break-Even zu erreichen. Können auf hohem Ertragsniveau 70 % der Spritzmittel eingespart werden, so liegt die Mindesteinsatzfläche bei zusätzlichen Arbeitskosten pro Hektar von 55-60 DM zwischen 112 ha und 195 ha. Bei zusätzlichen Arbeitskosten über 60 DM/ha ist der Point of Break-Even praktisch nicht mehr zu erreichen (vgl. Tabelle 14).

Tabelle 14: Break-Even Analyse für teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung in Winterroggen

Ertragsniveau Mittelkosten Einsparung bei Reduzierung des Spritzmittelaufwandes um
30 % 50 % 70 %
  DM/ha DM/ha DM/ha DM/ha
mittel 76,20 22,86 38,10 53,34
hoch 95,30 28,59 47,65 66,71
Mindesteinsatzfläche bei Technikkosten von 1.306 DM und mittlerem Ertragsniveau
  DM/ha ha/a ha/a ha/a
Arbeitskosten 20 456,6 72,2 39,2
  30 - 161,2 56,0
  40 - - 97,9
  50 - - 391,0
Mindesteinsatzfläche bei Technikkosten von 1.306 DM und hohem Ertragsniveau
  DM/ha ha/a ha/a ha/a
Arbeitskosten 20 152,0 47,2 28,0
  30 - 74,0 35,6
  40 - 170,7 48,9
  50 - - 78,2
  60 - - 194,6

4.3 Betriebsbeispiel

Ein Betrieb mit einer Flächenausstattung von 300 ha bei einem Zuckerrübenanteil von 10 %, einem Maisanteil von 30 % und einem Getreideanteil von 60 %, kann die Unkrautbekämpfung nach dem Echtzeitkonzept in Mais auf 90 ha und die Unkrautbekämpfung nach dem Kartierungskonzept in Getreide auf insgesamt 180 ha durchführen. Der Anteil von Winterweizen an der Getreidefläche beträgt in diesem Beispiel 80 %, also 144 ha. Auf den restlichen 20 % der mit Getreidefläche, also 36 ha, wächst Wintergerste. Für die weiteren Berechnungen wird von einem hohen Ertragsniveau ausgegangen.

Die gesamten Jahreskosten für die technische Ausstattung zur Bekämpfung von Unkraut auf Teilflächen sind 7597 DM. Davon betragen die Jahreskosten für die Umrüstung einer Spritze um Unkräuter in Echtzeit bekämpfen zu können 6291 DM (vgl. Kapitel 4.1). Die Jahreskosten für den Jobrechner, der bei der Unkrautbekämpfung nach dem Kartierungskonzept erforderlich ist, belaufen sich auf 1306 DM (vgl. Kapitel 4.2). Den Jahreskosten liegt eine Abschreibung auf 5 Jahre und ein Kalkulationszinsfuß von 6 % zugrunde. Die Jahreskosten beziehen sich nur auf die technische Ausstattung, die für die Ausbringung der Spritzmittel erforderlich ist. Kosten für Hofrechner, Chipkartensystem, DGPS-System sowie die Gebühren für das Korrektursignal müssen gesondert betrachtet werden.

Die gesamten Spritzmittelkosten bei einer Ganzflächenapplikation auf den genannten Kulturen betragen 31 681 DM pro Jahr. Davon entfallen auf die Maisfläche Mittelkosten von 145,9 DM/ha, auf die Winterweizenfläche 99,6 DM/ha und auf die mit Wintergerste bebaute Fläche 116,9 DM/ha.

Kann durch die Unkrautbekämpfung auf Teilflächen eine Spritzmitteleinsparung von 50-70 % gegenüber einer konventionellen Ganzflächenapplikation erreicht werden, so liegt der Wert der eingesparten Spritzmittel zwischen 15 841 DM und 22 177 DM pro Jahr. Nach Abzug der Jahreskosten für die technische Ausstattung steht, je nach erreichtem Einsparpotenzial, ein Betrag von 8244 DM bis 14 580 DM für die Entlohnung der zusätzlich geleisteten Arbeitsstunden bei der Unkrautbonitur auf den Getreideflächen zur Verfügung. Tabelle 15 zeigt, dass bei einem Lohnansatz von 20 DM je Arbeitsstunde zwischen 2,3 und 4,1 Arbeitsstunden pro Hektar für die Bonitur aufgewendet werden können, ohne einen finanziellen Nachteil gegenüber einer konventionellen Ganzflächenapplikation zu erleiden.

Tabelle 15: Zulässiger Bonituraufwand bezogen auf die Gesamteinsparung

Einsparpotenzial Zulässige Arbeitskosten pro Hektar Zulässige Arbeitsstunden pro Hektar
50 % 46 DM/ha 2,3 h/ha
60 % 63 DM/ha 3,2 h/ha
70 % 81 DM/ha 4,1 h/ha

Betrachet man die Unkrautbekämpfung nach dem Kartierungskonzept gesondert, so steht lediglich der auf den mit Getreide bebauten Flächen eingesparte Anteil der Spritzmittelkosten zur Entlohnung der zusätzlichen Arbeitskosten für die Bonitur zur Verfügung. In diesem Fall liegen die zulässigen Arbeitskosten unter den oben genannten Werten.

Je nach Einsparpotenzial liegt der Wert der auf der Getreidefläche eingesparten Spritzmittel zwischen 7969 DM und 11 680 DM pro Jahr. Nach Abzug der Jahreskosten für den Jobrechner von 1306 DM ergibt sich ein finanzieller Vorteil gegenüber einer Ganzflächenapplikation der die Entlohnung von 2,2 bis 3,2 zusätzlichen Arbeitsstunden pro Hektar für die Bonitur, bei einem Lohnansatz von 20 DM pro Arbeitsstunde, zulässt. In Tabelle 16 sind die Einsparpotenziale und die entsprechenden zulässigen Arbeitsstunden pro Hektar bei einem Lohnansatz von 20 DM pro Hektar bezüglich der Getreidefläche zusammengefasst.

Tabelle 16: Zulässiger Bonituraufwand bezogen auf die Getreidefläche

Einsparpotenzial Zulässige Arbeitskosten pro Hektar Zulässige Arbeitsstunden pro Hektar
50 % 44 DM/ha 2,2 h/ha
60 % 55 DM/ha 2,7 h/ha
70 % 65 DM/ha 3,2 h/ha

Kann der Bonituraufwand auf 2 Stunden pro Hektar begrenzt werden - was als realistisch angesehen werden kann (vgl. Tab. 6) - entstehen dem Betrieb zusätzliche Kosten von 7200 DM bei einem Lohnansatz von 20 DM pro Arbeitsstunde. Der finanzielle Vorteil für den Betrieb, je nach Einsparpotenzial, durch die Unkrautbekämpfung auf Teilflächen liegt zwischen 1044 und 7380 DM pro Jahr. Zieht man dagegen nur den Wert der auf der Getreidefläche eingesparten Spritzmittel zur Deckung der zusätzlichen Arbeitskosten heran, liegt der finanzielle Vorteil zwischen 469 und 4480 DM pro Jahr.

5 Diskussion

Die Unkrautbekämpfung auf Teilflächen ist die am wenigsten entwickelte Komponente des exakten Ackerbaus. Arbeiten auf diesem Gebiet beschäftigen sich meist mit der Entwicklung von Konzepten und der Lösung spezieller Probleme.

Grundsätzlich sind Unkräuter nicht gleichmäßig über einen Schlag verteilt, sondern kommen in Nestern vor. Wenn auch Unkrautnester über mehrere Jahre stabil in bestimmten Bereichen eines Schlages vorzufinden sind, lassen die vielen Faktoren, die das Wachstum der Unkräuter beeinflussen, keine Rückschlüsse von einem auf das nächste Jahr zu.

Da es wenige Untersuchungen gibt, die Zahlen in bezug auf die Kosten und die Einsparungen bei der teilflächenorientierten Unkrautbekämpfung nennen, dürfen die genannten Ergebnisse nur als Größenordnungen angesehen werden. Besonders die Angaben zu den möglichen Spritzmitteleinsparungen beruhen auf Einzelergebnissen, die nicht als statistisch gesichert betrachtet werden können.

Um den Kosten-Nutzen-Effekt der Unkrautbekämpfung auf Teilflächen realistisch einschätzen zu können, bedarf es einer Erprobung der verschiedenen Konzepte über mehrere Jahre hinweg. Diese Erprobung muss in landwirtschaftlichen Größenordnungen erfolgen, insbesondere hinsichtlich der Arbeitsbreite der eingesetzten Pflanzenschutzspritze. Eine Pflanzenschutzspritze mit einer Arbeitsbreite von lediglich 12 m, wie sie bei allen durchgeführten Versuchen zum Einsatz kam, entspricht nicht den Dimensionen, die auf Ackerbaubetrieben, die sich mit Precision Farming beschäftigen, üblich sind.

Eine Arbeitsbreite größer als 12 m bedeutet bei der Unkrautbekämpfung mit dem Echtzeitkonzept zusätzliche Kosten für Magnetventile und Sensoren. Die mögliche Herbizideinsparung bleibt unbeeinflusst. Die Kosten der technischen Ausstattung, um eine Pflanzenschutzspritze für die Unkrautbekämpfung nach dem Kartierungskonzept einzusetzen, sind unabhängig von der Arbeitsbreite. Aber es stellt sich die Frage, ob die Herbizideinsparungen gegenüber einer Ganzflächenapplikation, die durch eine an eine Arbeitsbreite von 12 m angepasste Teilflächengröße erreicht wurden, auch für eine Arbeitsbreite über 12 m gültig sind. Aus diesen Gründen hat eine größere Arbeitsbreite, mit hoher Wahrscheinlichkeit, für beide Konzepte, das Echtzeit- und das Kartierungskonzept, eine Korrektur der berechneten Mindesteinsatzflächen nach oben zur Folge, um die zusätzlichen Kosten gegenüber einer Ganzflächenapplikation auszugleichen.

Bei der Unkrautbekämpfung nach dem Echtzeitkonzept spielt die Kenntnis der räumlichen Verteilung der Unkräuter keine Rolle. Der Arbeitszeitbedarf ist gleich dem einer üblichen Ganzflächenapplikation. Neben den Kosten für die technische Ausstattung entstehen keine weiteren unkalkulierbaren Kosten. Für das Echtzeitkonzept spricht auch seine einfache Handhabung. Außer dem Nullabgleich und der Höheneinstellung sind, im Vergleich zu einer konventionellen Spritzung, keine weiteren Arbeiten erforderlich. Geht man vom ungünstigsten Fall, d.h. von einer Spritzmitteleinsparung von lediglich 30 % aus, so können bei konservierender Bodenbearbeitung die zusätzlichen Kosten gegenüber einer konventionellen Ganzflächenapplikation durch den Wert der eingesparten Herbizide ab einer Mindesteinsatzfläche von 210 ha ausgeglichen werden. In Mais beläuft sich die Mindesteinsatzfläche auf 109 ha. Für größere Betriebe bewegen sich diese Flächen durchaus im Bereich des realisierbaren. Ein Betrieb muss keine besonderen Voraussetzungen für die Bekämpfung von Unkräutern in Echtzeit erfüllen, daher bietet sich der überbetriebliche Einsatz einer sensorgesteuerten Pflanzenschutzspritze an.

Da sich der Wert der Herbizideinsparungen durch teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung proportional zum Wert der konventionell aufgewendeten Herbizide verhält, ist es verwunderlich, dass keine Untersuchungen bezüglich des Einsparpotentials bei Kulturen mit einem sehr hohen Herbizidaufwand vorliegen. Ist das in Mais erreichte Einsparpotenzial z.B. auf Zuckerrüben übertragbar, beträgt die Mindesteinsatzfläche zur Deckung der zusätzlichen Kosten bei 30 % Reduzierung der Herbizidmenge 49 ha. Gerade bei Zuckerrüben, mit den lokal begrenzten Anbaugebieten und dem hohen überbetrieblichen Mechanisierungsgrad, bietet sich ein überbetrieblicher Einsatz der Unkrautbekämpfung in Echtzeit an.

Bei der Unkrautbekämpfung nach dem Kartierungskonzept spielen die Kosten für die zusätzliche technische Ausstattung eine untergeordnete Rolle. Geht man davon aus, dass die Grundausstattung für Precision Farming auf dem Betrieb vorhanden ist und teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung nur zusätzliche Kosten für den Jobrechner verursacht, so sind diese mit jährlich 1.306 DM, bei einer Nutzungsdauer von 5 Jahren, eher als gering anzusehen. Entscheidende Bedeutung für einen kostendeckenden Einsatz des Kartierungskonzeptes bei der Unkrautbekämpfung haben die zusätzlichen Arbeitskosten. Zum einen sind diese Kosten mit einer Spanne von 20-100 DM/ha schwer zu kalkulieren. Zum anderen können selbst durch die größtmögliche Herbizideinsparung von 70 % nur zusätzliche Arbeitskosten von 60-65 DM/ha gedeckt werden. Aufgrund der widersprüchlichen Ergebnisse bei der Erfassung des Zeitaufwandes pro ha für die Bonitur der Unkräuter durch die einzelnen Versuchsansteller bei verschiedenen Gitternetzweiten, lässt sich keine Aussage hinsichtlich der günstigsten Gitternetzweite in bezug auf Kartierungsgenauigkeit und Arbeitsaufwand treffen. Viele Versuchsansteller sehen die Priorität ihrer Arbeit darin, Gesetzmäßigkeiten zu Heterogenitätsmerkmalen der Unkrautverteilung zu ermitteln oder Erkennungsstrategien zu entwickeln. Die wirtschaftliche Bewertung vorliegender Untersuchungsergebnisse wird dabei häufig noch außer acht gelassen. Die Auswirkung zusätzlicher Lohnkosten auf das Betriebsergebnis ist ungünstiger als eventuelle Ertragseinbußen, die aus einer ungenauen Kartierung resultieren. Deshalb erscheint ein weiteres Gitternetz mit weniger Zählstellen sinnvoll zu sein. Ein anderer Aspekt, den es zu beachten gilt, ist die auf dem Betrieb verfügbare Arbeitskapazität. Der zusätzliche Arbeitsaufwand für die Bonitur bewegt sich im Bereich von mehreren Stunden pro Hektar. Bei einem Einsatzumfang von über 100 ha entsteht so auf einem Betrieb ein zusätzlicher Bedarf von mehreren Hundert Arbeitsstunden. Der Betriebsleiter muss sich im Vorfeld des Einsatzes des Kartierungskonzeptes Klarheit darüber verschaffen, ob auf seinem Betrieb die notwendige Arbeitskapazität vorhanden ist oder ob zusätzliche qualifizierte Arbeitskräfte verfügbar sind.

Ein Ansatz zur Lösung des Problems der hohen und nur schwer kalkulierbaren Arbeitskosten ist die Kombination der Bonitur mit anderen Arbeitsgängen. So könnte, sobald Sensoren zur Pflanzenunterscheidung praxistauglich sind, die Unkrauterfassung in Kombination mit anderen Tätigkeiten, z.B. Düngung, erfolgen. Die in naher Zukunft auf Quadratkilometerbasis verfügbaren multispektralen Satellitenaufnahmen eröffnen neue Perspektiven auf dem Gebiet der teilflächenorientierten Unkrautbekämpfung. Mit der Möglichkeit, bereits vom Büro aus Bereiche eines Schlages von der Unkrautbekämpfung auszunehmen, deren Umfang im Bereich von 50 % der untersuchten Fläche liegt, kann der Arbeitsaufwand für die Kartierung drastisch gesenkt werden. Der Preis einer Satellitenaufnahme, die eine Fläche von 100 ha multispektral abbildet, wird bei 4-12 $ liegen und die Arbeitskosten pro Hektar, bezogen auf die Gesamtfläche, können halbiert werden.

Unter ökologischen Gesichtspunkten ist die Unkrautbekämpfung auf Teilflächen positiv zu bewerten, da sie immer mit einer Reduzierung der Spritzmittelmenge verbunden ist.

Die ökonomische Bewertung der Unkrautbekämpfung auf Teilflächen im Vergleich zu einer konventionellen Ganzflächenapplikation ist nicht nur von Faktoren, wie den zusätzlichen Technikkosten, den zusätzlichen Arbeitskosten oder der Mindesteinsatzfläche abhängig. Auch Vorgaben von außen haben einen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Unkrautbekämpfung auf Teilflächen. Sollte durch den Gesetzgeber die Aufwandmenge von Herbiziden pro Hektar begrenzt werden, so bietet die teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung die Möglichkeit, ohne Ertragsverlust, den Spritzmittelaufwand pro Hektar zu reduzieren. Durch die Gewährung einer Prämie, ähnlich dem Ausgleich für den Verzicht auf Düngung in Wasserschutzgebieten, kann ebenfalls durch teilflächenorientierte Unkrautbekämpfung der Bekämpfungserfolg beibehalten, die Spritzmittelmenge reduziert und die Gefahr eines monetären Nachteils gegenüber konventionellen Methoden minimiert werden.

Bei der wirtschaftlichen Beurteilung von Precision Farming stellt sich ein grundsätzliches Problem. Da eine landwirtschaftliche Fläche nicht mehr als homogenes Ganzes, sondern als die Summe von Teilflächen mit unterschiedlichem Faktoreinsatz gesehen wird, entspricht eine Deckungsbeitragsrechnung auf Hektarbasis nicht den tatsächlichen Verhältnissen. Eine Alternative zur Deckungsbeitragsrechnung pro Hektar könnte die Reduzierung der Bezugsgröße auf Ar oder auf noch kleinere Teilflächen sein. Neben der Lösung der technischen Herausforderungen durch Precision Farming muss also auch eine Lösung für das Ermitteln der Wirtschaftlichkeit gefunden werden, die die Kleinräumigkeit der Bewirtschaftung berücksichtigt und dennoch einen Vergleich in nachvollziehbaren Größenordnungen zulässt.

Zusammenfassung

Unkräuter sind auf Ackerflächen nicht zufällig verteilt. Das Vorkommen von Unkräutern in Nestern kann als statistisch gesichert angesehen werden. Die wirtschaftliche Schadschwelle, die eine Unkrautbekämpfung rechtfertigt, wird oft nur auf 50 % der Ackerfläche erreicht. Eine Unkrautbekämpfung auf Teilflächen kann durch das Echtzeitkonzept oder das Kartierungskonzept erfolgen.

Beim Echtzeitkonzept erfolgt die Positionsbestimmung der Pflanzen und die Herbizidapplikation in einem Arbeitsgang. Die beim Echtzeitkonzept verwendeten Sensoren können nur Pflanzen von Boden unterscheiden. Eine Erkennung der Pflanzenart ist noch nicht möglich. Es muss sichergestellt sein, dass alle erkannten Pflanzen Unkräuter sind. Diese Vorbedingung ist bei Kulturen mit weiten Reihenabständen und bei konservierender Bodenbearbeitung erfüllt. Die Nachrüstung einer vorhandenen Pflanzenschutzspritze verursacht jährliche Kosten von 6291 DM. Die mögliche Herbizideinsparung liegt zwischen 30 und 70 % gegenüber einer Ganzflächenapplikation. Der Point of Break-Even wird, je nach der erreichten Herbizideinsparung, in Mais bei einer Behandlungsfläche von 63 bis 165 ha, bei konservierender Bodenbearbeitung zwischen 90 und 210 ha erreicht.

Das Kartierungskonzept setzt sich aus zwei Arbeitsgängen zusammen. Zuerst erfolgt die Ermittlung der Verteilung und Dichte der Unkräuter zur Erstellung einer Applikationskarte. Anhand dieser Applikationskarte erfolgt in einem zweiten Arbeitsgang die Unkrautbekämpfung. Zur Positionsbestimmung dient ein DGPS-System.

Die Unkrautverteilung wird mit Hilfe von Boniturergebnissen statistisch ermittelt. Da Satelliten und Sensoren im Moment noch nicht in der Lage sind, einzelne Pflanzen zu erkennen oder nach der Art zu unterscheiden, können sie nicht zur Ermittlung der Unkrautverteilung genutzt werden. Die Kosten für die Unkrautkartierung belaufen sich bei einem Lohnansatz von 20 DM/APh auf 20-100 DM/ha. Die Jahreskosten für die Ausstattung der Pflanzenschutzspritze mit einem Jobrechner betragen 1306 DM. Die mögliche Herbizideinsparung liegt zwischen 50 und 70 %. Die notwendige Fläche, um keinen finanziellen Nachteil gegenüber einer konventionellen Ganzflächenapplikation zu erleiden, ist abhängig von der erreichten Herbizideinsparung, den zusätzlichen Arbeitskosten und dem Wert der bisher aufgewendeten Herbizide.

Bei Winterweizen liegt der Point of Break Even zwischen 38 und 277 ha. Steigen die Arbeitskosten für die Kartierung über 65 DM/ha können die zusätzlichen Kosten durch die Herbizideinsparung nicht mehr ausgeglichen werden. Bei Wintergerste kann der Point of Break Even, bis zu zusätzlichen Arbeitskosten von 75 DM/ha im Bereich von 21 bis 191 ha erreicht werden. Der Point of Break Even in Winterroggen liegt zwischen 28 und 195 ha, bei maximalen Arbeitskosten von 60 DM/ha.

Ein Betrieb kann, wenn der Bonituraufwand 2 Stunden pro Hektar nicht übersteigt, bei gehobenen Ertragsverhältnissen und einer Flächenausstattung von 300 ha, bei einem Maisanteil von 30 % und einem Getreideanteil von 60 %, durch Unkrautbekämpfung auf Teilflächen einen finanziellen Vorteil von 469 bis 4480 DM pro Jahr gegenüber einer konventionellen Ganzflächenapplikation erreichen.

Die errechneten Ergebnisse beziehen sich auf die durchschnittlichen Aufwandmengen und Preise aus dem Jahr 1998.

Summary

Weeds are not distributed randomly on arable land. The appearance of weeds in patches can be viewed as statistically proven. The economic threshold which justifies weeding is often only reached on 50 % of the arable land. Weeding on sections either follow the real-time concept or the mapping-concept.

With the real-time concept, monitoring and spraying are carried out simultaneously. The sensors used applying the real-time concept can only distinguish plants from the ground. An identification of the type of plant is not possible. It must be ensured that all detected plants are weeds. This basic requirement is met with cultures in the interrow area of wide seeded crops with conservationally tilled fields. The upgrade of an existing sprayer creates annual costs of 6291 DM. The potential for reduction varies between 30 % and 70 % as opposed to area spraying. The break-even Point is reached, depending on the amount of herbicides saved, in corn with an application area of 63 ha to 165 ha; on conservationally tilled fields between 90 ha and 210 ha.

The mapping-concept consists of two working processes. First, the identification of the distribution and density of the weeds to provide a weed treatment map. With the help of this weed treatment map, the spraying follows in the second working process. A DGPS-System is used for the real-time location of the sprayer.

The weed distribution is statistically determined with the help of a field survey. As satellites and sensors are currently not in a position to visualise single plants or to distinguish different types of plants, they cannot be used to determine the weed distribution. The cost for weed mapping total between 20 DM/ha and 100 DM/ha with man-hour costs of 20 DM. The annual costs of equipping the sprayer with a job-calculator are 1305 DM. The possible savings in herbicide usage vary between 50 % and 70 %. The surface necessary in order to avoid financial disadvantage versus a conventional total area application depends on the herbicide savings achieved, the additional labour costs and the value of the herbicides currently used.

With winter wheat, the break-even Point lies between 38 ha and 277 ha. Should the expenses for the mapping rise over 65 DM/ha, the additional costs cannot be off-set by the saving in herbicides. With winter barley, the break-even Point can be achieved - given additional labour costs of 75 DM/ha in an area between 21 ha and 191 ha. The break-even Point in winter rye is between 28 and 195 ha, with maximum labour costs of 60 DM/ha.

These results refer to the 1998 average amount and price levels.

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Autorenanschrift: Dipl. Ing. agr. Johannes Lettner, Dr. Klaus Hank und Prof. Dr. Peter Wagner

Professur für Unternehmensforschung und Informationsmanagement
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