Wann rechnet sich Klimaschutz?

Ertragreiche Landwirtschaft und geförderte Umweltschutzmaßnahmen können nebeneinander existieren – sogar auf demselben Feld. Forschende der HAW (Hochschule für Angewandte Wissenschaften) Kiel wollen Landwirte mit einer KI-basierten Software dabei unterstützen, ökologisch und ökonomisch sinnvolle Entscheidungen für ihre Ackerflächen zu treffen. Am Ende des auf drei Jahre ausgelegten Transferprojekts „EcoSchemer-Webapp“ soll eine Webapp Landwirten zeigen, auf welchen Flächen Umweltschutzmaßnahmen ökonomisch sinnvoll sind.

KI-gestützte Entscheidungshilfe für nachhaltige Landwirtschaft

Unterschiedliche Boden- und Standortbedingungen auf engem Raum beeinflussen den Ernteertrag und damit die Einnahmen von Landwirten. So können neben Hochertragszonen Bereiche liegen, in denen die Kulturpflanzen beispielsweise durch Staunässe geschädigt werden, während sie an anderer Stelle unter Wassermangel leiden. „Bei der Entscheidung, ob eine Niedrigertragszone aus der Produktion genommen und für Öko-Maßnahmen genutzt wird, setzen die Landwirte auf ihre Erfahrung in der Bewirtschaftung ihrer Felder“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Yves Reckleben von der HAW Kiel. „Damit wird gewiss nicht immer das Optimum getroffen. Eine datengetriebene Entscheidungsunterstützung würde dabei helfen, Naturschutz und Wirtschaftlichkeit zu vereinen, die Biodiversität zu stärken und zur nachhaltigen Entwicklung der Landwirtschaft beizutragen.“

Im vorangegangenen Projekt „KI-Anbauplanung“ hatte das Team von Reckleben bereits wichtige Vorarbeit geleistet. Es wurde ein funktionsfähiger Prototyp entwickelt, der als Webapp genutzt werden kann. Um KI-Modelle zu trainieren und zu vergleichen, hatten die Forschenden zunächst Ertragsprognosen, unter anderem basierend auf den Daten der Erdbeobachtungssatelliten Sentinel der ESA, genutzt. Anschließend übertrugen sie die Modelle auf durch Mähdrescher aufgezeichnete Ertragsdaten von zwei landwirtschaftlichen Betrieben. Das finale Modell nutzten sie für die ortsgenaue Ertragsschätzung. Schließlich kalkulierte das Team, ob und wo sich der wirtschaftliche Ertrag mit Öko-Regelungen entsprechend der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) der EU steigern lassen würde.

Praxisnahe Entwicklung im Austausch mit Landwirten

Im Rahmen des Transferprojekts „EcoSchemer-Webapp“ verfeinert und erweitert das Team seine Analyse mit Unterstützung des Bauernverbands Schleswig-Holstein e. V. (Bauernverband S-H). Rund 80 Landwirte sollen die Webapp nutzen und mit Daten füttern: Dazu gehören unter anderem Ausgaben für Saatgut und Düngemittel sowie Lohnkosten – kurz sämtliche Kosten, die bei der Bearbeitung der landwirtschaftlichen Flächen anfallen. Diese Daten nutzt Projektmitarbeiter Okke Dircks, um die Algorithmen der Software weiterzuentwickeln: „Mithilfe neuer ökonomischer Modellierungen können wir deutlich präziser und vor allem gesamtbetrieblich in die betriebsspezifische Datenanalyse einsteigen. So können wir den tatsächlichen Mehrwert für Landwirte genauer erfassen und herausfinden, welche Entscheidungen sich auf ihren Flächen wirtschaftlich wirklich auszahlen.“

Nach Ablauf des Projekts soll die Webapp folgendermaßen funktionieren: Landwirte können ihre Feldgrenzen und Ertragsdaten hochladen, die das System vollautomatisiert verarbeitet. So entstehen Karten mit konkreten Empfehlungen. In verschiedenen Farben markierte Zonen zeigen, ob die Kulturpflanze oder die ökologische Maßnahme den höheren Ertrag einbringt. „Auf dieser Entscheidungsgrundlage können Landwirte ertragreiche Teilflächen wie gewohnt bewirtschaften und ertragsärmere Bereiche gezielt für ökologische Maßnahmen nutzen, ohne finanzielle Nachteile zu haben“, sagt Reckleben. „So rechnet sich Klimaschutz für die Betriebe.“

Land Schleswig-Holstein unterstützt KI-gestütztes Landwirtschaftsprojekt

Das Land fördert die EcoSchemer-Webapp mit rund 356.000 Euro. „Der Einsatz und die Anwendung von Künstlicher Intelligenz schafft Wettbewerbsvorteile und Wertschöpfung – nicht nur in der Digitalwirtschaft, sondern auch in vermeintlich traditionellen Bereichen wie der Landwirtschaft“, betont Digitalisierungsminister Dirk Schrödter. „Von der Analyse unproduktiver Ackerflächen, über den optimalen Maschineneinsatz bis hin zu aktuellen Wettereinflüssen oder Weltmarktpreisen für Getreide – mit KI-Technologien wie der EcoSchemer-Webapp können unsere zahlreichen Landwirtinnen und Landwirte viel effizienter und datenbasiert fundierte Entscheidungen treffen. Sie sparen damit wertvolle Zeit, Geld und Ressourcen. Das KI-Projekt ist ein perfektes Beispiel, wie Wissenschaft und Wirtschaft am Digitalstandort Schleswig-Holstein eng vernetzt und Hand in Hand erfolgreich vorangehen. Der Prototyp ist bereits entwickelt. Gerne unterstützen wir als Landesregierung mit unserer KI-Förderung dabei, dass jetzt die notwendigen Praxistests in Angriff genommen werden können.“

Unterstützt wird das Forschungsteam der HAW Kiel vom Bauernverband S-H, der sein Netzwerk landwirtschaftlicher Praktiker in das Projekt einbringt. Die Q2 IT-Solutions UG ergänzt das Projekt mit IT- und KI-Know-how. Das Unternehmen aus Langstedt ist bereits in vergleichbaren Projekten zur Datenerhebung und -auswertung tätig.

Das Projekt „EcoSchemer-Webapp – Klima- und Umweltschutz als Fruchtfolgeglied“ läuft noch bis zum 30. Juni 2028. Zuwendungsempfängerin und verantwortlich für die Projektabwicklung und Koordinierung ist die Forschungs- und Entwicklungszentrum Fachhochschule Kiel GmbH (FuE-Zentrum FH Kiel).