Spot farming – an alternative for future plant production
Sustainable intensification is described as the desirable goal for agricultural production to increase agricultural productivity while using less input and without adverse environmental impacts. Increasing criticism on current agricultural production systems as well as demographic changes related with labour shortages in rural areas pose major challenges to agriculture all over the world. In this context, digitalization and autonomous machinery provide new opportunities to adapt agriculture to future demands. However, it is unknown what changes are necessary for a sustainable intensification of cropping systems and how future agriculture could look like under consideration of new technologies. Here we developed a concept for future cropping systems with focus on the requirements of crops and landscapes. In this concept, the agricultural area is classified into individual spots according to their site-specific characteristics. The resulting spot farming approach is completely managed by an autonomous robot system on the level of individual plants. High precision sowing, fertilization and pesticide application could reduce agronomic input and could increase yields. In addition, small robots contribute to soil protection. Furthermore, the spot farming approach considers landscape properties and has the potential for a higher biodiversity and more structural elements as well as an increased social acceptance. The evaluation of the concept according to agronomical, technical and economic aspects showed that the combination of modern technologies and a reorganisation of agricultural landscapes could contribute to the goal of sustainable intensification.
Das Ziel der nachhaltigen Intensivierung der Landwirtschaft ist die Steigerung der weltweiten Nahrungsmittelproduktion bei gleichzeitiger Reduzierung des Inputs sowie der Vermeidung von negativen Umwelteinflüssen. Wachsende Kritik an den derzeitigen Produktionssystemen sowie der demografische Wandel, der mit einem zunehmenden Arbeitskräftemangel in den ländlichen Räumen einhergeht, stellen weltweit eine zunehmende Herausforderung für die Landwirtschaft dar. Im Rahmen dieses Problemfeldes bieten die Digitalisierung und autonome Maschinensysteme neue Möglichkeiten um die Landwirtschaft an diese Herausforderungen anzupassen. Bisher ist nicht bekannt, welche Veränderungen zur Erreichung einer nachhaltigen Intensivierung im Gesamtsystem Pflanzenproduktion notwendig sind und wie die Landwirtschaft der Zukunft unter Einbeziehung neuer technologischer Möglichkeiten aussehen könnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Konzept für zukünftige Pflanzenbausysteme unter Berücksichtigung der Kulturpflanzenansprüche und des Landschaftskontextes entwickelt. Hierbei werden die Agrarflächen nach unterschiedlichen teilflächenspezifischen Eigenschaften bewertet und darauf aufbauend in unterschiedlichen Spots reorganisiert. Das daraus abgeleitete Konzept des Spot-Farmings basiert auf einer vollständigen Bewirtschaftung mit autonomen Robotiksystemen auf Einzelpflanzenebene. Durch höhere Präzision bei Aussaat, Düngungs- und Pflanzenschutzmaßnahmen können Ressourcen gespart und Erträge gesteigert werden. Kleine Robotersysteme können zudem einen Beitrag zum Bodenschutz leisten. Das Spot-Farming-Konzept berücksichtigt darüber hinaus die natürlichen Landschaftseigenschaften, um gesellschaftlich erwünschte Nebenaspekte, wie vielfältigere Kulturlandschaften, mehr Biodiversität und Struktur in der Landschaft, zu berücksichtigen. Die Bewertung des Konzepts nach pflanzenbaulichen, technischen und ökonomischen Aspekten zeigt, dass die Kombination von modernen Technologien und einer Reorganisierung der Kulturlandschaften zum Ziel der nachhaltigen Intensivierung beitragen kann.
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