Die Digitalisierung der Landwirtschaft

Zu den Gewissheiten, die für die Menschheit etabliert werden, gehören der Tod, Veränderungen in den Dingen und die Notwendigkeit, in verschiedenen Bereichen Entscheidungen zu treffen. Seit Anbeginn der Menschheit ist es mit unterschiedlichen Nuancen so. Vor diesem Hintergrund ist die landwirtschaftliche Tätigkeit nicht von diesem Schicksal verschont. Viele unserer Vorfahren engagierten sich für die Nahrungsmittelproduktion und die Versorgung ihrer Familien. Heute gibt es sie nicht mehr und offensichtlich hat sich auch die von ihnen betriebene Landwirtschaft verändert.

Es wird geschätzt, dass die menschliche Bevölkerung bis zum Jahr 2060 um mehr als 30 % zunehmen wird. Im gleichen Zeitraum soll laut Prognosen der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) beispielsweise der Fleischkonsum um mehr als 70 % und der von Milchprodukten um 60 % zunehmen. Andererseits wird die Ackerfläche nur um 5 % zunehmen und die landwirtschaftlichen Erzeuger müssen sich den Herausforderungen des Klimawandels und immer strengerer Umweltauflagen stellen. Dieses Szenario zwingt das landwirtschaftliche Umfeld dazu, die Effizienz der Produktionsprozesse und die Effizienz des Einsatzes von Betriebsmitteln in der Landwirtschaft zu steigern und gleichzeitig die Produktivität zu steigern. Nach Einschätzung von Professor Fábio Marin vom Luiz de Queiroz College of Agriculture (Esalq) der Universität São Paulo (USP) ist die Steigerung der Effizienz in der Landwirtschaft der einzige Weg, um die Ernährungssicherheit der menschlichen Bevölkerung in Zukunft zu gewährleisten, und Gleichzeitig schützen wir gleichzeitig die natürlichen Ökosysteme. 

Die Umsetzung und Übernahme von Innovationen und technologischen Fortschritten in der Landwirtschaft hat seit Beginn des 20. Jahrhunderts, als die Tätigkeit von Pferdepflügen auf mechanisierte Traktoren überging, weiter zugenommen. Das Aufkommen der Pflanzenbiotechnologie, der Einsatz chemischer Hilfsmittel und in jüngerer Zeit Satellitennavigationssysteme, Präzisionslandwirtschaft und digitale Landwirtschaft selbst haben die landwirtschaftliche Tätigkeit in ein immer intensiveres Umfeld in Bezug auf den Einsatz von Technologien und Innovationen verwandelt.

Landwirtschaftliche Innovationen werden typischerweise auf vier verschiedenen Wissensgebieten angewendet, nämlich biologisch, chemisch, mechanisch und betriebswirtschaftlich (Evenson, 1974). Allerdings konsolidiert sich Tag für Tag ein neues Wissensgebiet, nämlich die Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). In der Vergangenheit waren Fernsehen und Radio die wichtigsten elektronischen Übertragungstechnologien, und in den letzten zwei Jahrzehnten entstand das Internet als neuer Kanal. In der jüngeren Vergangenheit verfügten die wenigen Mobiltelefone, die es gab, nur über eingeschränkte Funktionen, sie führten im Wesentlichen Anrufe durch, speicherten Kontaktbücher und versendeten Textnachrichten. In jüngerer Zeit umfassen Informations- und Kommunikationstechnologien auch Computeranwendungen und Kommunikationstools wie soziale Netzwerke, digitale Informationsspeicher (online oder offline) und digitale Videos und Fotos sowie Mobiltelefone.

Im Industrie- und Dienstleistungssektor ist der Einsatz digitaler Tools eine gefestigte Realität mit täglich neuen Entwicklungen. Es besteht Einigkeit darüber, dass der Agrarsektor in der Fähigkeit, Daten zur Lösung von Problemen zu sammeln, zu synthetisieren und auszudrücken, immer noch hinter anderen Wirtschaftssegmenten zurückbleibt (Jackson, 2016; Satariano und Bjerga, 2016). Historisch gesehen haben geografische, klimatische und wirtschaftliche Dimensionen die Entscheidungsfähigkeit von Managern in der Agrarindustrie eingeschränkt. Obwohl Manager den Wunsch haben, die Auswirkungen ihrer Entscheidungen und Handlungen zu messen, übersteigen in der Regel die Kosten für die Messung die damit verbundenen Vorteile. Innovationen, die Teil einer umfassenden Perspektive der Informations- und Kommunikationstechnologien sind, bieten heute das Potenzial, die Kosten-Nutzen-Bilanz grundlegend zu verändern und damit das Wertschöpfungspotenzial in der Agrarwirtschaft zu fördern.

Bedürfnisse und Herausforderungen

Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sind in der Landwirtschaft bereits vorhanden, und Software wird in diesem Sektor nach und nach ebenso unverzichtbar werden wie im Finanzbereich, im Handel und in unzähligen Industriezweigen. Elemente wie Präzisionslandwirtschaft, Satellitenbilder, Drohnen, vernetzte Sensoren, Maschinentelemetrie und webbasierte Systeme werden von Ergänzungsartikeln zu Basis- und Alltagsgegenständen.

In diesem digitalen Kontext ist Konnektivität unerlässlich. Die Verbreitung, Speicherung und Bearbeitung von Informationen erfolgt hauptsächlich elektronisch, und die Menge der gesammelten Daten wächst im landwirtschaftlichen Umfeld exponentiell, insbesondere angesichts der Generierung von Informationen, die von verschiedenen Instrumenten der Präzisionslandwirtschaft bereitgestellt werden, wie z. B. Produktivitätsmonitoren, Boden- und Pflanzensensoren, Kartierung von unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), Satellitenbilder, automatische Erfassung von Betriebsdaten von landwirtschaftlichen Maschinen (Telemetrie) und Informationen zu meteorologischen Variablen und anderen Informationsquellen. Die Sammlung, Übermittlung und Bearbeitung dieser großen Informationsmenge führte zum Konzept der „Connected Farm“.

In Brasilien waren nach Angaben von IBGE (2018) im Jahr 2016 116 Millionen Menschen mit dem Internet verbunden. Betrachtet man ländliche Gebiete, so zeigt die Landwirtschaftszählung 2017, dass in 28 % der ländlichen Gebiete eine Internetverbindung vorhanden ist (Tabelle 1). Bei der Betrachtung der regionalen Realitäten ist eine deutliche Ungleichheit festzustellen, die möglicherweise mit Unterschieden in der Bevölkerungsdichte, den Erleichterungsbedingungen und der wirtschaftlichen Entwicklung zwischen den verschiedenen Regionen des Landes zusammenhängt.

Bezogen auf die gewählte Verbindungsart überwiegt das mobile Internet, gefolgt von Breitband und in geringerem Maße von der DFÜ-Verbindung (Tabelle 2). Die Kategorie kann die Qualität des Signals und die erreichten Geschwindigkeiten beeinflussen und somit das Benutzererlebnis bei der Nutzung digitaler Tools beeinflussen. Die Daten zeigen auch, dass ländliche Produzenten hauptsächlich über Smartphones auf das Internet zugreifen, ein Umstand, der den Weg vieler AgTechs unterstützt, die Anwendungen für Mobiltelefone entwickelt haben.

Die Entwicklung von Konnektivitätstechnologien erweitert die Perspektive zur Überwindung von Zugangslücken, insbesondere zum Internet auf dem Land, wie zum Beispiel Internet über Satellit und durch Radios mit größerer Reichweite. Im Anwendungsfall für IoT-Geräte werden auch Technologien wie LoRa (Long Range) und LPWAN (Low Power WideArea Network) entwickelt, die darauf abzielen, den Bandbreitenverbrauch der Geräte zu decken und eine größere Reichweite zu haben.

Zusätzlich zu den Herausforderungen, die die Infrastruktur des Zugangs zu digitalen Medien für den Ausbau der Nutzung digitaler Landwirtschaftswerkzeuge mit sich bringt, muss betont werden, dass der menschliche Faktor auch eine Vorbereitung auf die Einführung und Weiterentwicklung der digitalen Landwirtschaft erfordert. Der Einsatz dieser neuen Technologien und Werkzeuge bringt neue Herausforderungen mit sich, die mit der Notwendigkeit einer Verbesserung und Spezialisierung der Arbeitskräfte in ländlichen Gebieten verbunden sind. Tatsächlich wurde in einer im Jahr 2011 durchgeführten Umfrage hervorgehoben, dass das Hauptproblem von Unternehmen, die Software für die Agrarindustrie anbieten, darin besteht, dass der Kunde organisatorisch nicht auf die Technologie vorbereitet ist (Mendes, Oliveira und Santos, 2011). Daher wird die Schulung und Qualifizierung ländlicher Produzenten und anderer Akteure im landwirtschaftlichen Umfeld zum Erlernen des Umgangs mit technologischen Ressourcen und Managementtechniken nicht nur als notwendig, sondern auch als wesentlich für die Verbreitung der Digitalisierung in der Landwirtschaft angesehen, eine der Säulen für die Modernisierung dieses Sektors.

Der Übergangsprozess von der analogen Landwirtschaft zum digitalen Modell geht mit den Erwartungen der neuen Generation von Landwirten einher, die über Erfahrungen im Kontakt mit Technologie außerhalb der Landwirtschaft verfügen und teilweise „Digital Natives“ sind. Derzeit besteht eine große Herausforderung darin, Mittel, Prozesse und Schulungen zu erweitern und zu erweitern und auf einfache und praktische Weise die Vorteile zu demonstrieren, die digitale Landwirtschaftstools für die Steigerung der Effizienz und Verwaltung von Grundstücken und landwirtschaftlichen Aktivitäten mit sich bringen können.

Vorteile und Potenzial

Kurz gesagt: Je mehr Daten durch die digitale Landwirtschaft generiert werden, desto mehr ändern sich folgende Faktoren: Produktdesign, Kundenpräferenzen, Geschäftsstrategien und sogar Organisationsstrukturen.

Digitale Technologien hatten auch wichtige Auswirkungen darauf, Landwirte mit ihren Märkten zu verbinden, Transaktionskosten zu senken, die Effizienz zu steigern und Innovationen innerhalb des Sektors anzuregen (Deichmann, Goyal & Mishra, 2016). In dieser Flut an Möglichkeiten ist Aufmerksamkeit gefragt, denn der Fokus sollte nicht auf den unzähligen Technologien liegen, sondern auf deren Anwendung zur Unterstützung bei Management- und Managemententscheidungen, die die Produktivität und Rentabilität des Unternehmens steigern.

Die digitale Landwirtschaft umfasst den intensiven Einsatz verschiedener IT-Instrumente, die bei der technischen, organisatorischen und wirtschaftlichen Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Grundstücke eingesetzt werden, um ländliche Produzenten bei der Entscheidungsfindung zu unterstützen. Diese neue Landwirtschaft steht vor einer großen Herausforderung, wenn man bedenkt, dass ländliche Erzeuger ständig Entscheidungen treffen müssen und die Digitalisierung der landwirtschaftlichen Tätigkeit Lösungen und Entscheidungen auf der Grundlage von Informationen aus mehreren Quellen und nicht nur auf der Bereitstellung von „Daten“ liefern kann.

Auf diesem Weg zur digitalen Revolution zwischen dem, was heute verfügbar ist, und der Zukunftsvision einer vernetzten Ernte oder Farm mit vollständig technologiegestützten Entscheidungen müssen Produzenten ihre Schritte messen. Es wird nicht empfohlen, bei der Einführung neuer Technologien, die Ihnen helfen, ins Hintertreffen zu geraten. Sie müssen jedoch sorgfältig abwägen, welche Ergebnisse jede verfügbare Technologie im Vergleich zu ihren Kosten bereits liefern kann. Daher ist es wichtig zu bedenken, dass es keine „Wunderlösungen“ gibt und die Ergebnisse einer guten Bewirtschaftung nicht immer in nur einer landwirtschaftlichen Ernte sichtbar sind. Einige Technologien bleiben bestehen, andere müssen noch ausgereift werden, und der Erzeuger wird derjenige sein, der sie voneinander trennt und die Ergebnisse der nächsten Ernten bewertet. Tatsächlich ersetzt die Technologie nicht das agronomische Wissen, aber sie ist ein weiteres Werkzeug, das den Erzeugern helfen kann, bei ihrer Tätigkeit mit höchster Präzision und Durchsetzungskraft zu arbeiten. Die größten Herausforderungen sind neben der Organisation und Bearbeitung der großen Datenmengen, die von digitalen Landwirtschaftstools bereitgestellt werden, die Integration von Informationen und die Gestaltung der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung und der Verwaltungspraktiken ländlicher Grundstücke.

Die Weiterentwicklung der digitalen Landwirtschaft könnte angesichts des Potenzials ihrer Werkzeuge die transformativste und disruptivste Phase der Landwirtschaft in den letzten zehntausend Jahren darstellen, da der Mensch seinen Status vom Nomaden und Sammler/Jäger zum Lebensmittelproduzenten und Tierzüchter verändert hat. Eine dringende Tatsache ist, dass der heutige ländliche Produzent mittel- und langfristig nur dann in diesem Zustand bleiben wird, wenn er sich weiter verändert. Auf diese Weise hängt Beständigkeit von Veränderung ab. Die digitale Landwirtschaft hat nicht nur das Potenzial, die Art und Weise zu verändern, wie Agenten ihre Aktivitäten ausführen, sondern hat auch das Potenzial, die Wertschöpfungskette der Agrarindustrie als Ganzes grundlegend zu verändern.

Konzepte und Elemente der digitalen Landwirtschaft

Die Konnektivität und technologische Immersion, die Smartphones in städtischen Gebieten ermöglichen, setzt sich auch in ländlichen Gebieten zunehmend durch. Der Trend im Agrarsektor geht dahin, sich auf den Dreiklang zu konzentrieren: Technologien, Fähigkeit, produktionsbezogene Daten und Nachhaltigkeit vollständig zu verwalten, im Kontext der Nahrungsmittelversorgung der wachsenden Bevölkerung.

Unter digitaler Landwirtschaft versteht man die Nutzung des Internets, von Software und die Verbindung von Precision Agriculture (AP), „Internet der Dinge“ (IoT – Internet of Things) und Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT). Verbunden mit diesen drei Segmenten entsteht ein Ansatz im Zusammenhang mit neuen Werkzeugen, die in der Lage sind, große Datenmengen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erfassen, zu verarbeiten, zu analysieren und zu synthetisieren, „Big Data“, wobei die zunehmende Verfügbarkeit digitaler Technologien die Grundlage für diese neue Phase bildet der Landwirtschaft.

Was die digitale Landwirtschaft oder Landwirtschaft 4.0 (eine Anspielung auf den Begriff Industrie 4.0, der sich mit der Verwendung ähnlicher Konzepte im industriellen Umfeld befasst) von anderen Momenten der technologischen Evolution unterscheidet, sind die Lösungsanbieter, die sich in Richtung Agrarsektor bewegen. Sogenannte Startups, eine im Allgemeinen technologiebasierte Unternehmensform, deren Ziel es ist, ein skalierbares, wiederholbares Geschäftsmodell zu entwickeln, das sich auf ein Produkt, eine Dienstleistung, einen Prozess oder eine Plattform zur Lösung von Herausforderungen konzentriert.

Startups, die sich auf die Agrarwirtschaft konzentrieren, werden AgTechs genannt und nutzen Technologien, um Lösungen zu entwickeln, wie zum Beispiel Anwendungen und Systeme zur Organisation landwirtschaftlicher Abläufe und zur Unternehmensführung, einschließlich Pflanzenüberwachung, Tierverfolgung und Entscheidungsunterstützung, um nur einige Beispiele zu nennen. Tatsächlich bilden Start-ups im Zusammenhang mit der Agrarindustrie bereits den zweitgrößten Markt der Branche, gleich hinter dem Finanzsektor. Aktuelle Umfragen aus dem Jahr 2018 zeigen, dass es in Brasilien mehr als 500 dieser Unternehmen gibt, mit einem Wachstum von fast 70 % pro Jahr, was die Bedeutung der Entwicklung neuer Technologien und ihrer Anwendbarkeit im Primärproduktionssektor unterstreicht. All diese Begriffe klingen vielleicht noch weit weg vom landwirtschaftlichen Umfeld, aber das ist nur ein Hinweis darauf, dass die digitale Bewegung gerade erst am Anfang steht und viele Möglichkeiten für Entwicklung und Anwendung offen sind. Wie bei allen neuen Entwicklungen gilt es auch bei der vollständigen Einführung digitaler Lösungen in der Agrarwirtschaft Herausforderungen zu meistern.

Zeitleiste

Decade of 1960

Entwicklung der ersten Doppelmaishybriden.

Beginn des Einsatzes der Mechanisierung im weiteren Sinne.

Verwendung von Düngemitteln und Bodensäurekorrektoren.

Decade of 1970

Umsetzung der ersten Direktanbaukulturen.

Stärkere Verbreitung des Einsatzes chemischer Düngemittel.

Bedeutende Fortschritte bei der genetischen Verbesserung.

Decade of 1980

Verbreitung des Direktpflanzsystems.

Einsatz von Pestiziden zur Unkrautbekämpfung.

Decade of 1990

Dreifache und einfache Maishybriden.

Sojabohnen-Genotypen angepasst an Regionen mit niedrigen Breitengraden.

Maschinen mit höherer Effizienz und Präzision.

Beginn der Verbreitung der Präzisionslandwirtschaft in der Welt (Erntemonitore, zivile Nutzung von Satellitennavigationssystemen, erste Unternehmen, die AP-Dienste anbieten, Lichtleiste).

Decade of 2000

Hocheffiziente und präzise Maschinen.

Stärkere Verbreitung der Präzisionslandwirtschaft in Brasilien.

Verbreitung des Einsatzes von Sensoren in der Landwirtschaft.

Entwicklung präziserer Maschinen und Geräte in der Industrie, die für die Ausbringung unterschiedlicher Dosen von Düngemitteln und Korrekturmitteln geeignet sind, Einführung eines automatischen Piloten.

Freigabe für den kommerziellen Anbau der ersten transgenen Sorten in Brasilien.

Decade of 2010

Telemetrie, Vermessung und automatische Datenübertragung, Internet der Dinge.

Anwendungen, auf die über Smartphones oder Tablets zugegriffen werden kann.

Beschaffung und Verarbeitung großer Informationsmengen (Big Data).

Robotik in der Landwirtschaft angewendet.

Unbemannte Luftfahrzeuge in der Landwirtschaft.

Digitale Landwirtschaft.

*Pro Carlos Alberto Oliveira, von Escoop und Seapi/RS, Christian Bredemeier, André Luis Vian e Antonio Domingos Padula, von UFRGS