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Chilishoten in einem Gewächshaus.

Gemeinsam in der Feldforschung

Fragen an Viola Süß, Lehrstuhl Informationsmanagement Universität Leipzig.

Mit den Mehrwerten der Digitalisierung im Wein- und Obstanbau beschäftigt sich EXPRESS, ein interdisziplinärer Forschungsverbund, der die Kompetenzen verschiedener Institute bündelt und zusammenführt. Viola Süß, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Wirtschaftsinformatik, Professur für Informationsmanagement der Universität Leipzig, beschreibt die Schwerpunkte ihrer Forschung - in enger Zusammenarbeit mit erzeugenden Betrieben.

An welchen Projekten forschen Sie derzeit im Rahmen von Wein- und Obstanbau? 

Wir forschen mit kleinen bis mittelgroßen landwirtschaftlichen Betrieben an Herausforderungen der stetigen Effizienzsteigerung, Produktverbesserung, Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit, die mit innovativen Technologien unterstützt werden. Oft können bereits etablierte, konventionelle Methoden keine weiteren Optimierungspotenziale bringen. Und genau hier setzt Express an. Wir erproben dies mit dem Einsatz von neuen Technologien direkt bei und mit den landwirtschaftlichen Partnerbetrieben. 

Wir haben folgende Forschungsschwerpunkte: 

  • Wasserstress: Das skalenübergreifende Monitoring von Klima und Wasserverhältnis auf dem Feld mittels eines Sensornetzes, sprich: wie gehen die Pflanzen in verschiedensten Lagen, wie Hanglage, Steilhang oder Ebenerdig mit zu viel oder zu wenig Wasser um – und wie sieht eine optimale Bewässerung aus? 

  • Abiotik: automatisierte Überwachung von Umweltfaktoren anhand von Sensor-Technologie und deren Einfluss auf Wachstum und Gesundheit der Pflanzen. Mit diesen Daten können aussagekräftige Informationen gesammelt und Prognosen abgeleitet werden.

  • Transparenz und Nachverfolgung von Wertschöpfungsketten: Regionalität durch Blockchain-Technologie als technologischer Vertrauensanker 

  • Virtuelle Realität: Durch AR & VR einen digitalen Zwilling erschaffen, welcher es Landwirt:innen ermöglichen soll, vom Betriebsbüro aus die Gesundheit der Pflanzen auf dem Feld zu beurteilen und mit nützlichen Informationen die visuelle Darstellung anzureichern.  

  • Datenintegration: Datenerhebung aus vielen unterschiedlichen heterogenen Datenquellen, wie z.B. Sensor Technologie, IT-Systeme, landwirtschaftliche Gerätschaften und Schaffung einer sinnvollen Aufbereitung für Landwirt:innen

Bitte skizzieren Sie Ihre Zusammenarbeit mit der Obstland Dürrweitzschen AG, welche Schwerpunkte gab es?  

Wir forschen auf Versuchsflächen der Obstland Dürrweitzschen AG, des Weinguts Schloss Proschwitz und der Global Change Experimental Facility (GCEF). 

Bei der Obstland Dürrweitzschen AG, welche rund 1.500 ha Anbaufläche bewirtschaftet, liegen unsere Schwerpunkte auf dem Obstanbau, explizit dem Apfelanbau. Unser Fokus liegt auf der Transparenz und Nachverfolgung mittels der Blockchain-Technologie. 

Wie unterstützen Sie die Erzeugung und Produktion? Was kann die Digitalisierung dazu beitragen?

Wir unterstützen die Erzeugung und Produktion auf allen Ebenen. Beispielsweise bringen wir unser technologisches Fachwissen auch beratend bei unseren Partnerbetrieben ein. EXPRESS begleitet gemeinsam mit den Partnern die Entwicklung von Wirtschaftlichkeitsberechnungen, innovativen Geschäftsmodellen bis hin zu einer prototypischen Implementierung und zeigt mögliche Optimierungspotenziale auf. 

Was ist der konkrete Nutzen einer Blockchain?

Der liegt in der Technologie selbst, da die Blockchain-Technologie verschiedene informationstechnische Merkmale miteinander vereint, entsteht ein vertrauenswürdiges Gesamtsystem, welches auf Dezentralität, Transparenz und Manipulationssicherheit basiert. 

So kann Vertrauen in die regionale Lieferkette geschaffen werden, in welchen oft viel Misstrauen herrscht:  

  • Bei Anbaubetrieben durch Nachweise von Pflanzenschutzmittel, bspw. Biozertifizierungen 

  • Bei Logistikunternehmen durch pünktliche Lieferung, unbeschädigte Ware und eine flüssige Kühlkette 

  • Bei Konsumenten mittels digitaler Transparenz und schneller Rückverfolgbarkeit von Lebensmitteln

Welche Wertschöpfung lässt sich erreichen? Sind Qualitäts- und Mengensteigerungen oder eine Reduktion des Ausschusses möglich? 

Eine Drohne über einem Feld fliegt in Richtung Sonnenuntergang.

Foto: Fraunhofer IMW 
Die Fernüberwachung von Bepflanzung kann einen großen Mehrwert bringen.

Zunächst einmal streben wir eine nachhaltige und ökologische Symbiose aus Landwirtschaft und digitalen Technologien an. Was wir bislang erreicht haben und anstreben: 

  • Durch Pflanzen-Monitoring können Krankheiten rechtzeitig erkannt und behandelt werden, was sich sowohl quantitativ als auch qualitativ auf eine bessere Ernte auswirkt.  

  • Beim Wasserstress haben wir viel Erfahrung gesammelt, vor allem in Sachsen erleben wir derzeit die stärkste Grundwasserdürre seit 100 Jahren. Hier ist eine nachhaltige Bewässerung von enormer Wichtigkeit, um den Ertrag zu steigern.  

  • Bei der Spritzmittelausbringung können mehrere Anbauzeilen bearbeiten werden und mit automatisierter und gezielter An- und Abschaltung Ressourcen und so Zeit sparen, zum Beispiel mittels einer Sprüh-Drohne im Weinbau bei Steilhängen und Terrassen.  

  • Mit einem Anhänger-Sprühgerät mit einer drei-Reihen-Spritze können drei Reihen parallel innerhalb von wenigen Minuten bearbeitet werden, was vor allem eine wesentliche Arbeitserleichterung bedeutet. 

  • Aber auch Abseits von Spritzmitteln können wir Schädlingsbefall, wie z.B. durch den Apfelwickler, mit Nützlingen auf natürliche Weise behandeln, in Planung ist zudem die Schädlingserkennung durch Sensoren und AR/VR.   

  • Zudem lassen sich durch KI-Blattzustandserkennung Ernteerträge voraussagen, es werden Daten für Prognosen gesammelt und der voraussichtliche Wasserbedarf wird festgestellt. 

Wetterphänomene und vegetationsbedingte Abweichungen können präziser identifiziert werden.

Sind die Technologien großflächig anwendbar? 

Die Sensorik auf größeren Flächen anzubringen gestaltet sich derzeit aufgrund von Unterbrechungen in den Technologie-Lieferketten für uns schwierig, ist aber grundsätzlich machbar. Wir gehen jedoch so vor, meist nur eine kleine Fläche abzudecken und dann exemplarisch zu interpretieren. Wir analysieren beispielsweise einen Schlag mit mehreren Bestandseinheiten und berücksichtigen verschiedene geographische Eigenschaften, um eine umfassende Datengrundlage zu erhalten, diese zu sammeln und zu analysieren. Letztendlich bereichern die Erkenntnisse die neuen Technologien, wie z.B. AR/VR oder KI-Erkennung. 

Mehr als eine Zukunftsvision: dezentrale, transparente und nachhaltige Lebensmittelversorgung 

Mit den neuen Digitalisierungstechnologien wird das Umdenken in der Agrarwirtschaft weiter befeuert. „Vom Hof auf den Tisch“ ist für viele Konsumenten ein wichtiger Kaufanreiz geworden. Dezentral organisierte Zusammenschlüsse von Betrieben spielen bei der Lebensmittelversorgung eine immer wichtigere Rolle. Mittels vertrauenswürdiger Blockchain-Technologie und der Überwachung durch IoT-Devices, die sich auch über den Transport lückenlos und durchgängig erstreckt, wird der Carbon Footprint nachvollziehbar.  

Erzeuger, Produzenten, Logistik-Unternehmen und Konsumenten profitieren von der Flexibilität und Durchgängigkeit der eingesetzten Lösungen. Es bestehen nun dank vertikalem Farming und Gewächshäusern auf kleinstem Raum, aber auch durch großflächiges sensorbasiertes Monitoring beim Anbau Möglichkeiten, die Nahrungsversorgung für eine wachsende Bevölkerung sicherzustellen. Wir erleben derzeit durch geopolitische Konflikte und lokale Ereignisse, wie anfällig wir durch Störungen in den Lieferketten sind.  

Ein guter Grund, auch über den Tellerrand der Lebensmittelproduktion hinaus zu blicken und die neuen Möglichkeiten, die sich mit Blockchain- und IoT-Technologien eröffnen, einzusetzen.

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Über den Autor

Tilo Haase ist Content Creator bei der Divia GmbH. Als Technischer Redakteur mit 18-jähriger Berufserfahrung spezialisierte er sich auf die Bereiche Automotive, Logistik und Digitalisierungstechnologie.

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