Optimierung der Verfahrenstechnik im Pflanzenbau bezüglich Ressourcenverbrauch, Emissionen und Oekonomie

• Forschungsstelle: AGS
• Projektnummer: 14.44.4.1
• Projekttitel Englisch: Optimizing agricultural engineering in crop production in terms of resource use, emissions and economy

Schlüsselwörter (Englisch)

tractor, energy, emission, mechatronic, image analysis, weed, ICT, automation

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Leistungsfähige Agrartechnik hat im vergangenen Jahrhundert die Arbeitskraft in der Landwirtschaft in hohem Masse substituiert und die Leistungsfähigkeit der Produktionsverfahren enorm erhöht. Heute erlaubt die Mechatronik ein Erzielen weiterer Effizienzzuwächse. Sensoren ermöglichen die Erfassung von Zuständen, die sich mittels Rechenmodellen und Steuerungssystemen auf Aktoren übertragen lassen. Das Zusammenspiel mechanischer, elektronischer und informationstechnischer Komponenten optimiert Produktionssysteme in verfahrenstechnischer, arbeits- und betriebswirtschaftlicher Hinsicht. Mechatronik macht Pflanzenbauverfahren mit weniger Energie-, Dünger- und Pflanzenschutzmitteleinsatz nachhaltig ertragsfähiger und umweltschonender. Sie erhöht die Ergonomie durch die Reduktion belastender körperlicher Arbeiten; verbessert mit automatisch erhobenen Daten die Prozesskontrolle, steigert die Produktqualität und führt zu einem besseren Betriebsmanagement.
Im Bereich der Energie kommt dem Treibstoffverbrauch eine hohe Bedeutung zu. Jährlich werden in der schweizerischen Landwirtschaft 150 Mio. Liter Diesel motorisch verbrannt. Hier gilt es verbesserte Grundlagen zum energiesparenden Einsatz zu schaffen. Dabei kommt besonders der Verbesserung der Fahrstrategien und der optimierten Einstellung der Maschinenparameter eine besondere Bedeutung zu.
Im Pflanzenbau weist die teilflächenspezifische Landbewirtschaftung ein grosses ungenutztes Potential auf. Von der Saat über die Pflege bis zur Ernte können durch Mechatronik viele Arbeitsschritte auf Ebene Teilfläche und Einzelpflanze optimiert werden. Besondere Bedeutung kommen hier den arbeitsintensiven Bereichen Gemüse- und Obstbau sowie Biolandbau zu. Mittels entsprechender Sensorik sind Kulturpflanzen, Begleitflora und deren Entwicklungszustände zu erkennen und Prozesse wie Hilfsstoff- und Düngerapplikation, Steuerung von Geräten für die Unkrautregulierung und Ernte ortsspezifisch auszuführen. Erste Geräte für die Unkrautregulierung von Blacken auf Wiesen oder der Unkrautbekämpfung auf dem Feld sind verfügbar, sie müssen jedoch für einen breiten Praxiseinsatz technisch verbessert werden. In Kooperation mit Partnern aus Forschung und Wirtschaft und der Industrie sind die Grundlagen auszubauen und ist die Umsetzung in die Praxis anzugehen.

Projektziele (Deutsch)

1.     Energieeffizienz und Abgasemissionen von Traktoren mit neuartigen Antriebssträngen und Abgasnachbehandlungssystemen und sind bekannt.
2.     Treibstoffsparpotentiale von Produktionsverfahren sind mit einem Softwaretool für Praktiker einfach berechenbar.
3.     Der Agrarumweltindikator Energie national wird für das Bundesamt für Landwirtschaft berechnet.
4.     Im Pflanzenbau stehen Anwendungen zur Verfügung, die den Einsatz von Pflanzenschutz- und Düngemitteln reduzieren, die Arbeitszeit senken und die Ergonomie wie die Prozessqualität steigern.
5.     Der Einfluss von Gülleausbringverfahren auf Botanik und Ertrag ist anhand zweier Praxisversuche ergründet.

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

Anken, T., M. Holpp, et al. (2012). "Soil and plant responses to controlled traffic farming in Switzerland." Agrosciencia Uruguay special issue. 8 p.

Didelot D., Dörfler R., Fealy R., Holpp M., Kelly R., Latsch A. u. Thysen I., 2012. ERA-Net ICT-AGRI Strategic Research Agenda. Lötscher M. [Hrsg.]. Copenhagen, 42.

EPA, 2004. Exhaust and Crankcase Emission Factors for Nonroad Engine Modeling-Compression-Ignition. Report No. NR-009c. Assessment and Standards Division EPA, Office of Transportation and Air Quality. U.S. Environmental Protection Agency.

Geyer M., Gebbers R. u. Griepentrog H. W., 2009. Maschine statt Mensch? In welchem Umfang kann Technik die Erntearbeiten im Gemüsebau rationalisieren? Gemüse, 1, S. 21–23.

Kramer E. u. Schwarz J., 2004. Anforderungen zukünftiger Einsatzszenarien an autonome Feldroboter. Landtechnik, 5, S. 258f.

Landis M., 2012. Dynamischer Messzyklus für Emissionsmessungen an Traktoren. In: VDI-Max-Eyth-Gesellschaft [Hrsg.]: 70. Internationale Tagung Landtechnik, 6. - 7.11.2012, Karlsruhe, S. 81-86.

Rössler, P., T. Kautzmann, et al., 2012. Online parametrierbare Traktor-Gerätemodelle. Landtechnik, 4, 247–250.

Rüegg J., Total R., Holpp M., Anken T. u. Bachmann T., 2011. Satelliten-gesteuerte Lenksysteme im Feldgemüsebau - Stand der Technik, praktische Erfahrungen und Empfehlungen. Agroscope Changions-Wädenswil (ACW), ACW-Flugschrift, 14 S.

Schäfer C., 2010.  Berechnungen zum Kraftstoffbedarf der pflanzlichen Produktion und Abschätzung von Einsparpotentialen unter Berücksichtigung verschiedener Anbauverfahren. Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), 69 S.

Schäffeler U. u. Keller M., 2008. Treibstoffverbrauch und Schadstoffemissionen des Offroad-Sektors, Studie für die Jahre 1980–2020. Bundesamt für Umwelt, Umwelt-Wissen Nr. 0828., Bern, 172 S.

Seatovic, D., H. Kutterer, et al. (2009). Automatic Weed Detection in Grassland - SmartWeeder, let the machines do the job! Agricultural Engineering, Hannover, VDI-Verlag, Düsseldorf. 6 p.

Schreiber M., Schutte B. u. Kutzbach D., 2004. Kraftstoffverbrauch bei der Bodenbearbeitung. Landtechnik, 4, S. 204–205.

Kunden/Berichterstattung (Deutsch)

• Landwirtschaftliche Schulung und Beratung
• Landwirte und Lohnunternehmer
• Verwaltung
• Internationale wissenschaftliche Community
• KMU

 

• Wissenschaftliche Publikationen in Form reviewter Beiträge
• Praxispublikationen in der Fachpresse
• Vorträge und Beiträge an nationalen Tagungen wie Agrartechniktage Tänikon
• Vorträge und Demonstrationen für die Praxis anlässlich Besucherwochen und Tagungen
• Beiträge an internationalen Konferenzen wie der AgEn2014 in Zürich
• Vorlesungen an ETH, Hochschulen und landwirtschaftlichen Schulen