Transformation des Baumwollanbaus durch Technologie und Präzisionslandwirtschaft

Baumwollanbauer: Cotton Incorporated verfolgt das Ziel, die Rentabilität der Baumwollproduktion durch Forschung zu steigern. Um sicherzustellen, dass unsere Forschung den aktuellen Herausforderungen gerecht wird und auf bisherigen Erfolgen aufbaut, führten wir in den Jahren 2008, 2015 und 2023 Erhebungen zu den natürlichen Ressourcen von US-amerikanischen Baumwollproduzenten durch.

Diese Studien belegen zudem die Nachhaltigkeit des Baumwollanbaus und die kontinuierlichen Verbesserungen der Branche und liefern Daten für Ökobilanzen. Dieser Artikel befasst sich insbesondere mit Fragen zur Einführung präzisionslandwirtschaftlicher Technologien durch Baumwollbauern.

Landwirte aus allen Baumwoll produzierenden Bundesstaaten nahmen an den Umfragen teil, und der Anteil der Antworten entsprach im Allgemeinen der Anbaufläche im jeweiligen Bundesstaat (beispielsweise hatte Texas mit der größten Baumwollanbaufläche die höchste Anzahl an Antworten, gefolgt von Georgia mit der zweitgrößten Anbaufläche).

In allen Umfragen repräsentierten die Befragten mindestens 91.000 Hektar Anbaufläche im Jahr der Umfrage. Die Ergebnisse beziehen sich teilweise auf die Region; diese ist wie folgt definiert: Ferner Westen: Kalifornien, Arizona, New Mexico; Südwesten: Texas, Oklahoma, Kansas; Mittlerer Süden: Missouri, Arkansas, Mississippi, Louisiana, Tennessee; und Südosten: Alabama, Florida, South Carolina, North Carolina, Virginia.

Trendtechnologien

In allen Umfragen wurden die Anbauer gebeten, 29 Produktionsprobleme als gravierend, mäßig oder unproblematisch einzustufen. Das größte Problem in allen drei Umfragen waren die Produktionskosten für Baumwolle. Da die Anbauer die Inputkosten jedoch nicht beeinflussen können, sind Präzisionstechnologien unerlässlich. Diese Technologien tragen dazu bei, dass nur die benötigten Ressourcen eingesetzt werden und somit Geldverschwendung vermieden wird.

Folglich hat die Nutzung verschiedener Technologien zugenommen, mit Ausnahme der Bodenprobenahme, die mit 46% konstant geblieben ist, wie in Abbildung 1 dargestellt. In der Umfrage von 2023 gaben nur 4% der Befragten an, keine Präzisionstechnologien zu verwenden.

Es ist wichtig zu beachten, dass sich die hier erwähnte Bodenkartierung und Bodenprobenahme auf die Verwendung von Proben zur Untersuchung der räumlichen Variabilität innerhalb eines Feldes bezieht, nicht auf die allgemeine Bodenprobenahme. Zur Bestimmung der Fruchtbarkeit gaben 771 der Befragten an, Empfehlungen für Bodenuntersuchungen zu nutzen.

Die Nutzung von Autosteer-Technologie hat im Laufe der Zeit deutlich zugenommen. Im Jahr 2008 nutzten sie lediglich 461.000 Tonnen Landwirtschaft, bis 2015 stieg die Zahl auf 691.000 Tonnen und erreichte bis 2023 861.000 Tonnen. Dieser Aufwärtstrend verdeutlicht die wachsende Bedeutung von Autosteer-Systemen in der Landwirtschaft.

Die zunehmende Verbreitung von automatischen Lenksystemen und Ertragsüberwachungstechnologien deckt sich mit den Ergebnissen einer Studie des Wirtschaftsforschungsdienstes des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA Economic Research Service) zur Einführung von Präzisionslandwirtschaft in US-amerikanischen Betrieben. Die Studie umfasste verschiedene Agrarprodukte, darunter Baumwolle, und bezog sich auf die Jahre 2000, 2003, 2007 und 2019.

In beiden Studien stiegen die Nutzungsraten von Ertragsmonitoren und automatischem Lenken. Die Nutzung von automatischem Lenken war jedoch deutlich höher als die von Ertragsmonitoren. Wie Abbildung 1 zeigt, übertraf die Zunahme bei automatischem Lenken alle anderen betrachteten Technologien und Verfahren.

Die automatische Lenkung (Autosteer) wird bei neuen Geräten immer mehr zum Standard und erfordert im Vergleich zu anderen Technologien nur minimale Vorbereitung. Bei anderen Technologien müssen hingegen Karten heruntergeladen, interpretiert, in Kennfelder für die Ausbringungsrate umgewandelt und wieder hochgeladen werden.

Automatisches Lenken reduziert die Belastung des Fahrers und kann die Effizienz des Betriebsmitteleinsatzes verbessern, indem Fehlstellen und Überdosierungen aufgrund von Überlappungen vermieden werden. Es wird erwartet, dass der vermehrte Einsatz von drahtlosen Modems in Landmaschinen letztendlich die Verbreitung anderer Technologien beschleunigen wird, sobald Speicherkarten nicht mehr vom Büro zur Maschine transportiert werden müssen.

Zudem automatisieren neue Datenanalysetechniken die Interpretation von Boden- und Ertragskarten. Auch landwirtschaftliche Datenwissenschaftler stehen Landwirten zunehmend zur Verfügung, um den Wert ihrer Daten optimal zu nutzen.

Es gibt Hinweise darauf, dass eine erhöhte Benutzerfreundlichkeit und werkseitig installierte Optionen die zukünftige Einführung neuer Technologien erleichtern werden, wie die regionale Verbreitung von Ertragsmonitoren in Abbildung 2 zeigt.

Die Verbreitung von Ertragsmessgeräten im Jahr 2015 korrelierte mit der Verwendung von Rundspulen, wie eine Kostenstudie zum Entkörnen von Baumwolle aus dem Jahr 2016 ergab (Valco, TD, H. Ashley, D. Findley, J. Green, R. Isom, T. Price. The Cost of Ginning Cotton – 2016 Survey Results. 2018 Beltwide Cotton Conferences, San Antonio, TX, 3.-5. Januar 2018. National Cotton Council, Memphis, TN. S. 528-53).

Dies lässt darauf schließen, dass eine einfachere Bedienung der Technologie und das Angebot werkseitig installierter Optionen mehr Landwirte zur Anwendung dieser Technologie bewegen können.

In der Kostenstudie zur Baumwollentkörnungsanlage wurde festgestellt, dass die Nutzung von Rundmodulen im Südosten mit 511 TP3T, im Mittleren Süden mit 611 TP3T, im Südwesten mit 361 TP3T und im Fernen Westen mit 291 TP3T angegeben wurde, was mit der Rangfolge der Einführung von Ertragsmonitoren in Abbildung 2 übereinstimmt.

Laut den Umfrageteilnehmern nahm die Nutzung von Ertragsüberwachungstechnologien jedoch in allen vier Regionen zu. Dieser Anstieg ist darauf zurückzuführen, dass Ertragsmonitore erst mit der Einführung von Modulbau-Erntemaschinen als werkseitig installierte Option verfügbar wurden.

Gleichzeitig wird erwartet, dass die verstärkte Implementierung von Datenerfassungstechnologien auf landwirtschaftlichen Geräten zu einer künftigen Steigerung der Technologieakzeptanz führen wird.

Die nächste Stufe der Präzisionslandwirtschaft wird voraussichtlich von Fortschritten in der Automatisierungstechnik geprägt sein. Automatisierung, also der Einsatz von Maschinen zur automatischen Ausführung von Aufgaben ohne menschliches Eingreifen, birgt das Potenzial, Effizienz und Präzision in der Landwirtschaft erheblich zu verbessern. Ein Beispiel hierfür ist die Integration fahrerloser Traktoren.

Diese Technologie kann Arbeitsabläufe wie Pflanzen, Spritzen und Ernten optimieren. Dadurch lassen sich diese Aufgaben präziser und effizienter durchführen. Obwohl die Automatisierung zahlreiche Vorteile bietet, ist es wichtig, ihre Auswirkungen auf die Beschäftigung in der Landwirtschaft zu berücksichtigen.

Die Umfrage von 2023 enthielt einige neue Fragen an Baumwollbauern zu den Vorteilen und Herausforderungen des Einsatzes fahrerloser Traktoren auf ihren Betrieben. Mehr als 501.030 der Befragten gaben Arbeitsersparnisse als einen der erwarteten Vorteile fahrerloser Traktoren an.

Des Weiteren führte 41% eine verbesserte Effizienz an, 28% hob die verringerte Belastung der Arbeiter hervor, und 34% sah in der Technologie keine Vorteile. Gleichzeitig ist es wahrscheinlich, dass Landwirte, die bereits in großflächige Schwadgeräte (z. B. Feldspritzen mit 36,5 m langen Spritzgestängen) investiert haben, nur minimale Vorteile durch den Wegfall eines Fahrers an einer solchen Maschine erzielen würden.

Es wird derzeit erforscht, ob sich durch die Verkleinerung der Anlagen die Vorteile der Automatisierung weiter steigern lassen, wodurch diese besser an die jeweilige Aufgabe und die Feldgröße angepasst werden kann. Darüber hinaus verringert der Einsatz mehrerer kleinerer Anlagen das Risiko von Ausfallzeiten.

Fällt jedoch eine große Maschine aus, geht die Produktion auf Hunderten von Hektar täglich verloren. Die Größe der Maschinen sollte daher ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl der zu bedienenden Einheiten, der zu erledigenden Aufgabe und den durchschnittlichen Feldgrößen und -formen des Betriebs herstellen.

Hindernisse für fahrerlose Traktoren

Im Allgemeinen waren die Reaktionen regionsübergreifend einheitlich, mit Ausnahme von Hindernissen auf den Feldern und Problemen beim Transport zwischen den Feldern. Die verstärkten Bedenken im Südosten und im mittleren Süden sind wahrscheinlich auf die höhere Anzahl an Gewässern und die stärkeren topografischen Veränderungen zurückzuführen, die die Felder in diesen Regionen im Vergleich zum Südwesten und Fernen Westen beeinflussen. In allen Regionen herrscht Einigkeit darüber, dass die Kosten der Technologie ein Hindernis für deren Einsatz in der Landwirtschaft darstellen könnten.

Es kam die Frage auf, welche Aufgaben zuerst automatisiert werden sollten. Als wichtigste nannten die Befragten das Pflanzen (40%), das Spritzen (40%), das Ernten (35%) und die Unkrautbekämpfung vor der Pflanzung (35%).

Da wir jedoch erst am Anfang des Einsatzes automatisierter Landmaschinen stehen, wird es spannend sein zu beobachten, wie sich die Dinge in den nächsten fünf Jahren entwickeln. Die wachsende Zahl von Systemen zur Unkrauterkennung und -bekämpfung mittels Bildverarbeitung zeigt unterdessen, wie rasant diese Technologien voranschreiten.

Schlussfolgerung

Die Umfragen von Cotton Incorporated aus den Jahren 2008 bis 2023 zeigen eine zunehmende Nutzung von Präzisionslandwirtschaftstechnologien unter Baumwollbauern, insbesondere bei Arbeiten wie Aussaat, Pflanzenschutz und Ernte. Die Nutzung von Autosteer-Systemen hat deutlich zugenommen, was auf einen Trend zu effizienterer Landwirtschaft hindeutet. Herausforderungen wie die Skalierbarkeit der Geräte und die Kosten bestehen jedoch weiterhin.

Die Zukunft der Landwirtschaft wird voraussichtlich Automatisierungstechnologien wie fahrerlose Traktoren beinhalten, die Vorteile wie Arbeitsersparnis und verbesserte Effizienz bieten, aber auch Bedenken hinsichtlich Beschäftigung und Skalierbarkeit der Ausrüstung aufwerfen.

Quelle: Baumwollanbauer und Baumwolle Eingetragen. Forscher: Jeyran Bayramova, Steven Pires, Jesse Daystar und Ed Barnes sind Forscher bei Cotton Incorporated.