Feldpraxis trifft Hightech für einen klimaangepassten Zuckerrübenanbau

• Eine Region unter Druck braucht Rettung für ihre Zuckerrübe
   
• Forschung im Feld: „On-Farm“
   
• Hightech mit Drohnen, KI und Satellitendaten
   
• Mehr als Ertrag: Hier werden Klimabilanz und Nachhaltigkeit evaluiert
   
• Was am Ende bleiben soll

In Deutschland ist die Zuckerrübe eine wichtige Kulturpflanze mit mehreren hunderttausend Hektar Anbaufläche (siehe unten Infobox), doch die Fläche schwankt deutlich von Jahr zu Jahr. Sachsen-Anhalt ist eine der historischen Anbauregionen des deutschen Zuckerrübenanbaus; dort wächst rund ein Siebtel der deutschen Rüben. Das Bundesland ist allerdings vergleichsweise trocken, mit geringem Jahresniederschlag, und nun nehmen Trockenphasen und Extremwetter auch noch zu. Für eine Kultur wie die Zuckerrübe wird das wandelnde Klima zum Problem. Der sachsen-anhaltische Anbau gerät zunehmend unter Druck – der wirtschaftliche Zuckerrübenanbau könnte dort bald Geschichte sein.

Die DiP-ZAZIkI Projektkoordinatorin Dr. Olga Fishkis vom Institut für Zuckerrübenforschung macht daher ihre Motivation klar:  Wenn die Zuckerrübe in Sachsen-Anhalt erhalten bleiben, soll, muss eine klimaangepasste und wirtschaftliche Alternative gefunden werden!  Es braucht also ein Anbausystem, das Wasser sparsamer nutzt und mit veränderten Klimabedingungen besser zurechtkommt.

Genau hier setzt die Streifenbodenbearbeitung, also „Strip-Till“, an. Hierbei wird der Bodeneingriff verringert, denn anders als bei der klassischen Bodenbearbeitung wird nur in der Saatreihe intensiv gelockert, wo später die Kultur wächst. Die Zwischenräume bleiben währenddessen weitgehend unangetastet – dort bleiben die Pflanzenreste der Zwischenfrüchte liegen. So schützen sie vor Austrocknung und können zugleich das Erosionsrisiko mindern. In Deutschland findet Strip-Till vor allem beim Maisanbau Anwendung, aber für Zuckerrüben ist diese Methode noch ein praxisnahes Zukunftslabor auf dem Acker, weil es technisch anspruchsvoller ist.

DiP-ZAZIkI ist ausdrücklich als sogenannte On-Farm-Forschung angelegt. Das heißt, die Versuche laufen nicht auf Kleinparzellen, sondern auf großen Streifen und unter Bewirtschaftungsbedingungen örtlicher Betriebe. Die Landwirtinnen und Landwirte übernehmen viele Arbeiten selbst; das Forschungsteam kommt dazu, wenn innovative Verfahren, Messtechnik oder Drohneneinsätze gebraucht werden. 

Gerade diese Praxisnähe ist für das Projekt zentral, aber auch aufwendig. Es braucht nämlich Abstimmung mit Betrieben, Verbänden und Industriepartnern, und es braucht auch Technik, die vor Ort funktioniert. Eine der ersten Hürden sei laut Fishkis, dass überhaupt eine geeignete Maschine für die Streifenbodenbearbeitung gefunden werden musste; am Ende kam sie von einem Hersteller aus Polen, wo der Streifenanbau etablierter sei als hierzulande. „In Polen dominieren sandreiche Böden und dort ist es im Durchschnitt trockener, unter diesen Bedingungen scheint die Streifenbodenbearbeitung weniger anspruchsvoll zu sein als auf tonreicheren Lössböden in Deutschland“, erklärt Fishkis.

Das unterstreicht, wie experimentell und gleichzeitig handfest solche Projekte sind. Es geht nicht um abstrakte Digitalisierung, sondern um Maschinen, Abläufe und Entscheidungen, die im Alltag funktionieren müssen. Nichtsdestotrotz ist die Digitalisierung zentral, um den Streifenanbau zukunftsfähig zu gestalten, weil er sonst nicht wirtschaftlich wäre.

Der digitale Kern des Projekts liegt in der Datenerfassung und -auswertung. DiP-ZAZIkI entwickelt Systeme auf Grundlage von Drohnen- und Satellitenbildern mit dem Ziel möglichst viel aktuelle Information über die Entwicklung des Zuckerrübenbestandes zu gewinnen, ohne ständig jeden Schlag vor Ort kontrollieren zu müssen. Das spart Feldfahrten und eröffnet eine neue Form der Beobachtung. Damit das funktioniert, müssen die Systeme mittels KI und großen händisch erhobenen Datenmengen zunächst trainiert werden. Die Entwicklung der Zuckerrübe etwa gliedert sich phänologisch in verschiedene Stadien. „Für jedes Wachstumsstadium braucht man ein paar tausend Bilder. 

"Wenn wir zehn verschiedene Wachstumsstadien charakterisieren wollen, brauchen wir mindestens 20.000 Bilder dafür", erklärt Fishkis den enormen Aufwand, den ihr Team und insbesondere ihre Kollegin Julia Müller aufbringen muss. "Während der Vegetationszeit fliegt und befährt Julia Müller fast täglich die Felder, um die Datengrundlage zu schaffen. Erst danach kann am Rechner das eigentliche Auswertungsverfahren entwickelt werden." 

Die Hightech liegt hier also nicht nur in der Drohne selbst, sondern in der Kombination aus der großen Flächenleistung bei der Datenerhebung aus der Luft und maschinellem Lernen mit Bilddaten. Satellitenbilder bieten eine deutlich höhere Flächenleistung im Vergleich zu Drohnendaten, verlieren jedoch an Auflösung. Eine der Forschungsfragen ist daher, welche Daten über Satelliten erhoben werden können und für welche Daten die Erhebung per Drohne unabdingbar ist. 

Der Projektmitarbeiter Johannes Löw von der Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg nutzt die verschiedene Satellitendaten (u.a. der Europäischen Raumfahrtagentur), um den Zustand der Vegetation (relatives Bestandsvolumen, Vitalität und Phänologie) auf dem Acker abzuschätzen. Die Satellitendaten helfen also, Pflanzenbestand und Entwicklungsstand flächig und regelmäßig zu beobachten und Veränderungen in Raum und Zeit einzuordnen, um Fragen zu beantworten wie z.B.: Ist Feld A vitaler als Feld B? Oder: Wo ist die Zuckerrübe 2025 schneller aufgewachsen als 2024? Währenddessen liefern die Drohnen die detaillierten Nahaufnahmen für die genaue Auswertung. 

So entsteht aus beiden Datenquellen zusammen eine belastbare Grundlage für spätere Entscheidungshilfen, etwa wo wann wie bewässert, gedüngt, ausgesät oder für den optimalen Ertrag geerntet werden sollte. Die digitale Landwirtschaft im Projekt ist also nicht Selbstzweck, sondern dient dazu, die Abläufe auf dem Acker in Zukunft optimieren zu können.

Bemerkenswert ist, dass das Projekt nicht beim Ertrag stehen bleibt. Im Fokus stehen nämlich auch Kosten, Treibhausgasemissionen, Risiken der Überdüngung für Gewässer und weitere Umweltwirkungen. Das Deutsche Biomasseforschungszentrum Leipzig erstellt daher Stoff- und Energiebilanzen sowie ökonomische Bewertungen auf Basis der erhobenen Daten.

So soll schlussendlich ein digitales Entscheidungsunterstützungstool als App entstehen, das Landwirtinnen und Landwirten auch bei der Öko-Bilanzierung hilft. Mit dieser geplanten App können die Menschen der Landwirtschaft nicht nur die Klima- und Wasserspeicherwirkung der Streifenbodenbearbeitung mit konventioneller Bodenbearbeitung vergleichen, sondern auch die Klimafreundlichkeit verschiedener Anbaumaßnahmen vor Bodenbearbeitung bewerten: Ist beispielsweise die Aussaat der Zwischenfrucht vor dem Zuckerrübenanbau per Drohne oder auf klassische Art und Weise klimafreundlicher? Lassen sich Überdüngung der Gewässer vermeiden, wenn keine Zwischenfrucht vor Zuckerrübe anbaut wird? Verbraucht der Zwischenfruchtanbau zu viel Wasser?

Am Ende soll DiP-ZAZIkI nicht nur wissenschaftliche Ergebnisse liefern, sondern auch eine Wirkung in die Region entfalten. Die Technik soll Landwirtinnen und Landwirten gezeigt und nähergebracht werden, damit neue Verfahren überhaupt in die Umsetzung kommen können. Gleichzeitig soll ein Netzwerk entstehen, das Entscheidungen im Betrieb vereinfacht – etwa bei der Frage, welche Maßnahme unter welchen Bedingungen ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist. 

Das Projekt ist damit ein gutes Beispiel für den Wandel der Bioökonomie in Sachsen-Anhalt: Forschung wird hier als Zusammenarbeit verstanden, nicht als abgeschlossener Raum. Die Landwirtschaft bleibt wetterabhängig, die Region trocken, und die Anforderungen steigen. DiP-ZAZIkI antwortet darauf mit einem Ansatz, der Boden, Daten und Klimabilanz zusammendenkt – also mit einem System, das den Zuckerrübenanbau zukunftsfähig machen will.

von Tamara Worzewski