In Zusammenarbeit mit:
Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE)
Der Roboter als Baumfreund – Interview mit Prof. Ralf Bloch & Prof. Tobias Cremer
Interview: querFELDein
Wenn Roboter Bäume pflegen sollen – was nach Science-Fiction klingt, soll nun auf Brandenburger Ackerflächen Realität werden. Die Professoren Ralf Bloch und Tobias Cremer von der Hochschule für nachhaltige Entwicklung (HNEE) entwickeln gemeinsam mit dem Unternehmen Zauberzeug Agrarroboter, um Baumstreifen in Agroforstsystemen zu pflegen. Im Interview erklären sie, warum Agroforst kein Selbstläufer ist, wo die größten Herausforderungen liegen – und weshalb sie in Schafen perfekte Vorbilder für die neuen Roboter sehen.
Herr Prof. Bloch, zuletzt haben wir über den Einsatz des Feldfreund-Roboters im Bio-Zuckerrübenanbau berichtet. Jetzt testen Sie das System auch im Agroforstanbau – gemeinsam mit Herrn Prof. Cremer. Wie kam es dazu?
Ralf Bloch: Feldrobotik lohnt sich überall dort, wo viel Handarbeit anfällt. Im Bio-Zuckerrübenanbau ist das zum Beispiel das Hacken, im Agroforst das Jäten der Baumstreifen. Wir sehen große Vorteile in Agroforstsystemen: Sie können helfen, den Verlust der Artenvielfalt zu stoppen, den Boden zu schützen und das Mikroklima zu verbessern. Doch mit der Vielfalt auf dem Acker entstehen neue, arbeitsintensive Aufgaben – und gleichzeitig fehlen in der Landwirtschaft die Menschen, die diese Arbeit übernehmen könnten. Die Kosten sind hoch, das schreckt viele Betriebe ab. Unsere Idee ist: Wenn Roboter durch die Baumreihen fahren und Unkraut jäten, können sie auch andere Aufgaben übernehmen – zum Beispiel mit Sensoren den Zustand der Bäume erfassen. So wird nicht nur mühsame Arbeit automatisiert, sondern auch mehr Wissen über das Geschehen auf dem Feld gewonnen. Warum steht eine Baumart unter Stress? Können wir punktuell bewässern, statt das ganze System zu bewässern? Das würde Ressourcen sparen und gezielter helfen. Dazu forschen wir gerade in unserem Projekt „Roots & Robots“.
Herr Prof. Cremer, wo sehen Sie die Herausforderungen in Agroforstsystemen?
Tobias Cremer: Bei allen Vorteilen: Agroforst ist kein Selbstläufer – das haben wir in den letzten acht Jahren deutlich gemerkt. Die Systeme erfordern über Jahre hinweg eine intensive Pflege. Das schreckt viele Betriebe ab – zu Recht, denn oft fehlt es an Fachpersonal und Know-how für die Baumpflege. In zwei Projekten mit insgesamt sieben Versuchsflächen untersuchen wir Ansätze, um den Arbeitsaufwand und auch die Ausfallraten – etwa durch Trockenheit – so zu reduzieren, dass sich Agroforst dennoch lohnt. Schon bei der Planung kommt es auf die richtige Wahl von Standort und Baumarten an. Dann kommt die Pflanzung, ein Kraftakt für sich. Ein großes Problem war bei uns anfangs der Wildverbiss. Ohne Zaun geht es nicht. Das nächste Thema waren die Unkräuter in den Baumreihen: Unsere Studierenden mussten regelmäßig jäten, damit sich zum Beispiel die Ackerkratzdistel nicht auf dem Acker ausbreitet. Wer später Wertholz haben will, muss die Bäume zurückschneiden und die Baumkrone so ausrichten, dass der Traktor noch durchkommt. Trockenstress, fehlende Mykorrhiza, Wühlmäuse – das sind echte Herausforderungen. Wir setzen darauf, dass die Robotik die Pflege am Boden übernimmt und uns gezielt sagt, wo der Betrieb selbst nacharbeiten muss. Wenn wir mit Betrieben sprechen, hören wir oft: Das wäre ein großer Gewinn, wenn wir das hinbekämen.
Wie lange muss ein Baum gepflegt werden, bis er sich auf dem Acker etabliert hat?
Cremer: Das hängt stark von der Baumart und dem Betriebsziel ab. In unseren Agroforstsystemen setzen wir zum Beispiel auf Wertholz – also große Durchmesser und lange Wuchszeiten von 50 bis 80 Jahren. Dafür braucht es eine gezielte Pflege: mindestens einmal jährlich schneiden, die Krone richtig formen, den Stamm freihalten. Bis solche Bäume aus dem Gröbsten raus und etabliert sind, dauert es etwa vier bis sechs Jahre. Anders ist es bei schnell wachsenden Arten wie Pappel oder Weide, die unter anderem in Brandenburg weit verbreitet sind. Die wachsen schon im zweiten Jahr gut an und legen jährlich bis zu zwei Meter zu. Der Wildverbiss ist dann meist kein Thema mehr. Hier muss nicht jedes Jahr gepflegt werden, sondern eher alle zwei Jahre geerntet – je nachdem, ob ich Hackschnitzel produzieren will oder zum Beispiel Bauholz. Für letzteres brauche ich stärkere Durchmesser und muss die Bäume dementsprechend länger wachsen lassen. Wichtig ist in jedem Fall, dass die Bäume früh eine kräftige Wurzel ausbilden. Dabei helfen wir gezielt nach – etwa durch Mykorrhiza-Sporen oder Bodenhilfsstoffe im Pflanzloch des Baumes.
Den Feldfreund-Roboter haben Sie ja im Zuckerrübenanbau entwickelt. Wird jetzt das gleiche Modell in die Baumstreifen geschickt?
Bloch: Nein, der Feldfreund ist ein marktreifer Roboter, der im Uckerbot-Projekt entwickelt wurde. Er kommt mit schwierigen Bedingungen auf dem Acker gut zurecht. Agroforst-Streifen sind jedoch eine ganz andere Herausforderung. Das Terrain ist sehr heterogen: Acker, Furche und dann der ungepflügte Streifen mit den Bäumen. Hinzu kommt, dass alles, was auf dem Acker stört, wie z.B. große Steine, oft im Baumstreifen landet. Das ist auch gut so, da dadurch neue Lebensräume für Tiere und Pflanzen geschaffen werden. Aber der Roboter muss damit zurechtkommen und stabil fahren, ohne umzukippen. Dazu führt unser Kollege Dr. Marco Donat derzeit erste Testfahrten im Gelände durch. Wir wollen natürlich die Vorteile des Feldfreundes auch im Agroforst-Roboter umsetzen: robuste Technik, einfache Reparatur, günstiger Einstieg. Wahrscheinlich bleiben wir auch beim Kettenantrieb.
Eine weitere Frage ist: Mit welchem Werkzeug arbeiten wir? Der Roboter muss in der Baumscheibe arbeiten, also der Bereich direkt unter der Baumkrone. Hier entscheidet sich der Anwuchserfolg der Bäume. Der „Feldfreund” konnte auf dem Feld direkt über die Rüben fahren und arbeiten. In den Baumstreifen muss der Roboter wahrscheinlich seitlich mit seinen Werkzeugen in die Baumscheibe gelangen, zum Beispiel mit einem Mulcher. Dieser steht dann allerdings aus dem Robotergehäuse heraus, was hinsichtlich des Arbeitsschutzes eine Rolle spielt. Auch darf das Werkzeug bei einem Stein nicht gleich kaputtgehen. Ein Bild gefällt mir besonders gut: Der Roboter soll wie ein Schaf in der Baumreihe arbeiten. Schafe schließen mit ihren Tritten Mäuselöcher, halten das Gras selektiv kurz – das ist gut für die Artenvielfalt. Aber die Schafhaltung lohnt sich kaum noch. Es wäre echt super, wenn unsere Roboter diese Aufgaben übernehmen könnten.
Brauchen die Bäume ein gewisses Mindestalter, bevor der Roboter zum Einsatz kommen kann?
Cremer: Das hängt stark davon ab, wie gut wir die künstliche Intelligenz (KI) in den Robotern trainieren können. Der Roboter muss junge Bäume sicher erkennen – und darf sie nicht versehentlich wegmulchen. Das ist neben der Mechanik die zweite große Herausforderung. Schon heute erkennt der Roboter Baumsetzlinge, die zwischen 70 und 80 Zentimeter hoch sind. Im Zweifelsfall stößt er dagegen und fährt weiter. Schwieriger wird es bei kleineren Setzlingen von etwa 20 cm. Ideal wäre es, wenn der Roboter sie auch im Winter erkennt, wenn sie keine Blätter tragen. Das ist aber aufwändig und erfordert viel KI-Training.
Das Konzept des Feldfreund-Roboters sieht ja vor, dass er im Schwarm arbeitet, da ein einzelner Roboter zwar gründlich, aber auch langsam ist. Braucht es auch in den Baumstreifen einen Schwarm an Robotern?
Cremer: Auch im Agroforst spielt Flächenleistung eine Rolle, aber anders als bei Zuckerrüben. Da muss nicht alles auf einmal passieren. Ich könnte mir gut vorstellen, dass ein einzelner Roboter über mehrere Wochen hinweg eine Reihe nach der anderen abfährt – und wenn er hinten angekommen ist, fängt er vorne wieder an. Bei kleinen bis mittleren Betrieben reicht das vielleicht. Ab einer gewissen Größe wird das aber schwierig. Deshalb soll auch der Baumfreund schwarmfähig sein.
Sie testen nicht nur die neuen Roboter, auch die Agroforstsysteme selbst befinden sich noch in der Entwicklung. Wie lässt sich beispielsweise verhindern, dass Baumwurzeln zu weit in den Acker wachsen und dort Probleme verursachen?
Cremer: Laut Theorie verhindert das Pflügen etc. des Oberbodens, dass Baumwurzeln weit in den Acker eindringen. In der Praxis funktioniert dies jedoch nicht immer. Studierende von uns haben einen Birnenbaum ausgegraben, dessen Wurzeln mehr als zwei Meter in den Acker hineinreichten.
Bloch: Ein Grund dafür könnte sein, dass heute flacher gepflügt wird als früher. Jetzt müssen wir prüfen: Nehmen die Baumwurzeln den Ackerpflanzen Wasser und Nährstoffe weg? Und heben sie dadurch Vorteile wie Baumbeschattung oder eine Verbesserung des Mikroklimas wieder auf? Gleichzeitig sehen wir auch positive Effekte, etwa durch den Laubeintrag: mehr Humus, bessere Bodenfeuchte. Das ist jedoch ein komplexes Thema, weshalb aus meiner Sicht unbedingt Langzeitbeobachtungen nötig sind.
Über welchen Zeitraum sprechen wir da?
Bloch: Bei dieser Frage muss ich immer ein bisschen schmunzeln. Ich bin Landwirt – wir denken in Jahren: Wie war der Ertrag im Vergleich zum Vorjahr, was kommt nächstes Jahr? Betrachtet man die Fruchtfolgen, also die Abfolge, in der verschiedene Fruchtarten auf einem Feld angebaut werden, so handelt es sich um Zeiträume von vier bis acht Jahren. Mein lieber Kollege Cremer ist Förster – der denkt hingegen in Generationen. Wenn wir wirklich verstehen wollen, wie sich ein Agroforstsystem entwickelt, müssen wir es mindestens bis zur Ernte der Bäume begleiten. Aber auch wenn wir die Auswirkungen auf den Ackerbau untersuchen wollen – zum Beispiel, ob sich die Erträge stabilisieren -, sprechen wir schnell von 30 bis 40 Jahren, um belastbare Aussagen treffen zu können.
Cremer: Projektlaufzeiten von drei Jahren bringen uns da kaum weiter. Deshalb versuchen wir, über unsere Studierenden eine kontinuierliche Beobachtung der Versuchsflächen über Jahrzehnte sicherzustellen.
Das klingt alles sehr langfristig. Wie kann man Betriebe trotzdem schon heute von Agroforst überzeugen?
Bloch: Nicht alles dauert so lange. Wir haben sehr schnelle Fortschritte im Bereich der Biodiversität, weil der Acker als Lebensraum mit den Baumstreifen vielfältiger wird. Eine Masterarbeit bei uns hat auch die Vorteile für den Boden aufgezeigt: Durch Quellung, Schrumpfung und Durchwurzelung entsteht in den Baumstreifen eine Zone, in der das Wasser schneller in den Boden gelangt – zum Beispiel auch bei Starkregen. Davon profitiert natürlich nicht nur das Wachstum der Bäume, sondern auch die übrigen Ackerkulturen.
