{"id":7714,"date":"2021-04-08T07:53:00","date_gmt":"2021-04-08T05:53:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/?p=7714"},"modified":"2025-09-09T15:17:02","modified_gmt":"2025-09-09T13:17:02","slug":"nachhaltigkeit-in-der-landwirtschaft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/nachhaltigkeit-in-der-landwirtschaft\/","title":{"rendered":"Digitale Abbildung von N\u00e4hrstoffkreisl\u00e4ufen \u2013 Ein Schl\u00fcssel zu mehr Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft?"},"content":{"rendered":"

In der Landwirtschaft sind gut funktionierende Lebensgemeinschaften wohlbekannt. Zum Beispiel leben Leguminosen und Kn\u00f6llchenbakterien in einer Symbiose und profitieren voneinander. Kn\u00f6llchenbakterien fixieren den Stickstoff aus der Luft. Dieser Stickstoff steht somit den Pflanzen zur Verf\u00fcgung. Andersherum werden die Kn\u00f6llchenbakterien von der Pflanze mit Wasser und N\u00e4hrstoffen versorgt. Doch: Was hat dies nun mit dem Fraunhofer IESE<\/a> zu tun? \u2013 Im Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbCognitive Agriculture (COGNAC)\u00ab<\/a> steht insbesondere die Verkn\u00fcpfung unterschiedlicher Kernkompetenzen wie Data Science<\/a> und Plattform\u00f6konomie<\/a> mit Expert*innen aus der Landwirtschaft im Vordergrund. Denn mit der Unterst\u00fctzung von Data Science k\u00f6nnen Landwirt*innen einen deutlichen Mehrwert f\u00fcr ihren Betrieb erhalten. Wie genau z. B. eine digitale Abbildung von N\u00e4hrstoffkreisl\u00e4ufen somit zu mehr Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft beitragen kann, m\u00f6chten wir in diesem Blog-Beitrag erl\u00e4utern.<\/p>\n

Das Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbCOGNAC\u00ab beschreibt im Grunde eine Symbiose, n\u00e4mlich die Verkn\u00fcpfung von landwirtschaftlichen Betrieben und den neuesten Entwicklungen im IT-Sektor, die unter anderem K\u00fcnstliche Intelligenz und Robotik vorsieht. Mithilfe unterst\u00fctzender Analysewerkzeuge und\/oder digitaler Entscheidungsunterst\u00fctzungen, welche auf Daten beruhen, k\u00f6nnen landwirtschaftliche Betriebe effizienter und nachhaltiger wirtschaften. Im Gegenzug erh\u00e4lt ein Data Scientist\u00a0 seine \u00bbNahrung\u00ab zum Arbeiten, sprich die relevanten Daten, aus denen sich Optimierungspotenziale erkennen lassen. Die beschriebene Symbiose ist ein fundierter Grundstein, um gemeinsam Herausforderungen zu meistern. In diesem Fall adressieren wir die Herausforderung, die Dokumentation von N\u00e4hrstofffl\u00fcssen landwirtschaftlicher Betriebe mithilfe von digitalen Hilfsmitteln zu automatisieren und darauf aufbauend Optimierungspotenziale f\u00fcr N\u00e4hrstoffkreisl\u00e4ufe und f\u00fcr mehr Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft zu erarbeiten.<\/p>\n

Status quo und Bestimmungen: Aktuelle Einschr\u00e4nkungen in der D\u00fcngeausfuhr und Dokumentationspflichten<\/strong><\/h3>\n

Die EU hat sich in der aktuellen Farm2Fork-Strategie im Rahmen des Green Deals das Ziel gesetzt, in den n\u00e4chsten Jahren den D\u00fcngemitteleinsatz um 20 % und die N\u00e4hrstoffverluste um 50 % zu reduzieren. Au\u00dferdem hat die Landwirtschaft mit ihrer zum Teil intensiven D\u00fcngung in manchen Regionen Deutschlands zu einer erh\u00f6hten Nitratbelastung des Grundwassers gef\u00fchrt, die infolgedessen als sogenannte \u00bbrote Gebiete\u00ab ausgewiesen wurden. Deswegen hat Deutschland im Jahr 2020 die neue D\u00fcngeverordnung in Kraft gesetzt, die die bisherige Ausbringung von D\u00fcngemitteln noch weiter reglementiert. Dazu geh\u00f6ren z. B. verl\u00e4ngerte Sperrfristen f\u00fcr die D\u00fcngeausbringung, D\u00fcngebedarfsberechnungen f\u00fcr einzelne Anbaukulturen und angepasste Ausbringungstechniken. F\u00fcr die \u00bbroten Gebiete\u00ab gelten noch sch\u00e4rfere Regeln und Vorschriften. Zu den neuen Regelungen f\u00fcr Landwirt*innen geh\u00f6rt auch die Stoffstrombilanzverordnung<\/em>. Diese besagt, dass landwirtschaftliche Betriebe dazu verpflichtet sind, jedes Jahr eine Stoffstrombilanz zu erstellen. Dies bedeutet, dass die Landwirte N\u00e4hrstoffzufl\u00fcsse und -abfl\u00fcsse (Stickstoff und Phosphor) genau dokumentieren m\u00fcssen. Neben D\u00fcngemitteln (organischen und mineralischen) beinhaltet die Stoffstrombilanzverordnung auch eine Angabenpflicht zu N\u00e4hrstoffzufl\u00fcssen bzw. -abfl\u00fcssen hinsichtlich Saatgut, Futtermittel, Nutztieren, tierischen und pflanzlichen Erzeugnissen und weiteren Stoffen.<\/p>\n

In der Konsequenz hei\u00dft das f\u00fcr Landwirt*innen, dass viel Arbeitszeit f\u00fcr Dokumentationst\u00e4tigkeiten anf\u00e4llt. Landwirt*innen m\u00fcssen eine komplexe D\u00fcngebedarfsberechnung durchf\u00fchren, bevor sie den D\u00fcnger ausbringen. Bei der D\u00fcngeapplikation m\u00fcssen bestimmte Vorschriften (z.B. Sperrfristen und Bodenzustand) eingehalten werden. Es muss genau dokumentiert werden, wo und wann welcher D\u00fcnger ausgebracht wurde, denn es d\u00fcrfen bestimmte Grenzwerte nicht \u00fcberschritten werden.<\/p>\n

Aktuell werden die Daten in unterschiedlichen Systemen oder Formaten erfasst, d.h. es gibt vielf\u00e4ltige Medienbr\u00fcche. Oftmals erfolgt die Dokumentation sogar noch mit Stift und Papier. W\u00fcnschenswert aus Sicht von Landwirt*innen ist allerdings, die Dokumentationsvorg\u00e4nge zu automatisieren und dadurch den Arbeitsaufwand f\u00fcr solche administrativen T\u00e4tigkeiten zu senken.<\/p>\n

Digitalisierung als Chance f\u00fcr mehr Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft<\/strong><\/h3>\n

Landwirt*innen befinden sich bei ihrer T\u00e4tigkeit in einem Interessenskonflikt. So wird einerseits beispielsweise angestrebt, die Grundwasserbelastung zu reduzieren, w\u00e4hrend andererseits gleichzeitig die Qualit\u00e4ts- und Ertragsparameter der angebauten Kulturpflanzen hochgehalten werden m\u00fcssen. Dies kann mithilfe ackerbaulicher, biologischer (z.B. Fruchtfolgemanagement, Ans\u00e4uern der G\u00fclle), technischer (z.B. Ausbringungstechniken) und auch agrarpolitischer L\u00f6sungen und Anreize erzielt werden. Die Digitalisierung kann in allen genannten Bereichen einen unterst\u00fctzenden Beitrag leisten, indem insbesondere Prozesse digitalisiert werden. Des Weiteren k\u00f6nnen unterschiedliche Daten zusammengef\u00fchrt und Datenanalysen vorgenommen werden, um daraus wichtige Erkenntnisse und m\u00f6gliche Optimierungspotenziale zu gewinnen.<\/p>\n

In der Theorie ist D\u00fcngung nach dem Liebig\u2019schen Gesetz einleuchtend, aber die Erfassung der Parameter in der Praxis gestaltet sich sehr schwierig. Dies liegt daran, dass die einzelnen Einflussfaktoren schwer abzubilden sind und oftmals in komplexen Wirkungszusammenh\u00e4ngen zueinander stehen. Deshalb herrschen in der Praxis keine homogenen Wachstumsbedingungen bzw. Pflanzeneigenschaften vor. Zum Beispiel wird das Pflanzenwachstum durch das Zusammenspiel von Sonneneinstrahlung, Temperatur, Wasser- und N\u00e4hrstoffverf\u00fcgbarkeit sowie Bodenart bestimmt, um nur einige Einflussfaktoren zu nennen.<\/p>\n

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Das Liebig\u2019sche Gesetz der Pflanzend\u00fcngung<\/strong><\/p>\n

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Das Pflanzenwachstum und die Erntegutqualit\u00e4t h\u00e4ngen von unterschiedlichen Faktoren ab, die in in Form der Liebig\u2018schen Tonne exemplarisch dargestellt werden. Justus von Liebig definierte bereits im 19. Jahrhundert das Minimumgesetz, das bis heute den Grundstein f\u00fcr die D\u00fcngung darstellt. Das Minimumgesetz besagt, dass das Pflanzenwachstum begrenzt ist, sobald nur ein Wachstumsfaktor in limitierendem Ma\u00dfe vorliegt. Ist dies der Fall, erzielt beispielweise eine D\u00fcngung mit einem anderen N\u00e4hrstoff keinen Mehrertrag.<\/p>\n

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Schematische Darstellung des Minimumgesetzes von Liebig (\u00a9wikipedia.org | DooFi | bearbeitet durch Fraunhofer IESE)<\/p>\n<\/div>\n

Aufgrund der Komplexit\u00e4t kann es bei der D\u00fcngung dazu kommen, dass organische bzw. anorganische D\u00fcngemittel den Pflanzen zum falschen Zeitpunkt oder in der falschen Menge und Form zugef\u00fchrt werden. Der optimale Zeitpunkt h\u00e4ngt von den regionalen Wetterverl\u00e4ufen ab, aber auch von den Bodenverh\u00e4ltnissen und der Maschinenausstattung des Betriebs (oder des Lohnunternehmens). Erfolgt etwa die D\u00fcngung im Fr\u00fchjahr zu sp\u00e4t und tritt anschlie\u00dfend eine warme und regenarme Wetterperiode ein, wird der D\u00fcnger in geringerem Ma\u00dfe von den Kulturpflanzen aufgenommen, somit die Gefahr der Auswaschung erh\u00f6ht und der Ertrag verringert. Dadurch wird klar, dass die regionalen Wettergegebenheiten eine wichtige Rahmenbedingung f\u00fcr die N\u00e4hrstoffaufnahme von Pflanzen sind. Au\u00dferdem ist zu ber\u00fccksichtigen, dass mineralische D\u00fcnger den Pflanzen schneller zur Verf\u00fcgung stehen als organische D\u00fcnger.<\/p>\n

Um vermeidbare N\u00e4hrstoffverluste (wie Nitratauswaschungen oder gasf\u00f6rmige N-Verluste zum Beispiel in Form von Lachgas) zu verhindern, birgt die digitale Dokumentation ein enormes Potenzial, indem sich n\u00e4mlich relevante Daten miteinander verkn\u00fcpfen lassen, um Optimierungspotenziale zu gewinnen. So haben Fl\u00e4chen oder Teilfl\u00e4chen unterschiedliche Ertragspotenziale, wenn sie entsprechend ged\u00fcngt werden. Diese unterschiedlichen Potenziale k\u00f6nnen mithilfe der Digitalisierung genau erfasst und somit kann die D\u00fcngemenge optimiert werden. Dies erfolgt auf Basis der Zusammenf\u00fchrung unterschiedlicher Informationen und Datenquellen (z.B. Ertragskarten, Bodenkarten, Biomasse des aktuellen Pflanzenbestands).<\/p>\n

Erste Schritte zur automatischen Dokumentation: \u00dcberpr\u00fcfung der Datenqualit\u00e4t<\/strong><\/h3>\n

Zur Gew\u00e4hrleistung von mehr Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft arbeiten wir im Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbCOGNAC\u00ab<\/a> an digitalen L\u00f6sungen, um folgende Eckpunkte zu adressieren:<\/p>\n