Kulturpflanzen ohne menschliches Eingreifen anbauen

Autonomer Anbau bedeutet die Automatisierung wichtiger Anbauprozesse, um Pflanzen ohne menschliches Zutun anzubauen. Die Forschung und Entwicklung dieser Technologien hat sich in den letzten Jahren auf den Anbau von Gewächshausgemüse, insbesondere Tomaten, konzentriert, was auf die weltweit steigende Nachfrage nach frischen Lebensmitteln zurückzuführen ist.

Die Technologie wird die Art und Weise, wie Pflanzen angebaut werden, weiterhin verändern: Die heutigen Experten sind sich einig, dass Automatisierung und Robotisierung unumkehrbare Trends sind. Während diese potenziell bahnbrechenden Technologien tatsächlich auf dem Vormarsch sind, gibt es auch weniger futuristische Lösungen, die sich positiv auf Ihr Unternehmen und die Umwelt auswirken können. 

Technologie und Innovation sind ein fester Bestandteil des Gartenbaus. In den letzten Jahrzehnten wurden revolutionäre Lösungen wie Topfmaschinen, Klimasystemsteuerungen für Gewächshäuser, Düngemittel mit kontrollierter Freisetzung und Präzisionsbewässerungssysteme eingeführt.

Wojciech Górka, gelernter Baumschuler und leidenschaftlicher Journalist, der seit über 25 Jahren die grüne Branche beobachtet und beschreibt, gibt wertvolle Einblicke in die neuesten Trends der Baumschulbranche.

Automatisierung und Robotisierung sind unumkehrbare Trends

Steigende Marktanforderungen

Nach Górkas Beobachtungen stehen die Zierpflanzenbaubetriebe derzeit vor enormen Herausforderungen, die vor allem auf die steigenden Produktionskosten zurückzuführen sind. „Der Zugang zu Wasserressourcen, der strengen Vorschriften unterliegt, ist zunehmend schwieriger und teurer geworden. Auch bei Düngemitteln und Substraten sind die Preise gestiegen. Außerdem bevorzugen die Verbraucher in Regionen wie Großbritannien und Skandinavien inzwischen Pflanzen, die nicht in Torf produziert werden, da dessen Gewinnung umstritten ist", sagt Górka. Die Kunden sind sich auch zunehmend der Umweltauswirkungen der bei der Produktion von Containerpflanzen verwendeten Kunststoffe bewusst. Die Verfügbarkeit von Pflanzenschutzmitteln für den Zierpflanzenbau ist drastisch zurückgegangen, während die Erwartungen an umweltfreundliche Verfahren und Produktionsmethoden, die natürliche Ökosysteme und Bestäuberpopulationen erhalten, noch weiter gestiegen sind.

Górka interessiert sich für alle Aspekte der Baumschularbeit, von Maschinen und Technologien bis hin zu Pflanzenschutz und neuen Arten. Er ist ein bekannter Autor und Redakteur für Zeitschriften wie "Hasło Ogrodnicze", "Informator Sadowniczy", "Szkółkarstwo" und "European Fruit Magazine". Außerdem ist er Mitglied der Jury für die Pressepreise, die im Rahmen der Ausstellungen Plantarium und GrootGroen Plus verliehen werden. Górkas umfangreiche Erfahrung und persönliche Bekanntschaft mit führenden europäischen und amerikanischen Baumschulern sowie seine Besuche in Baumschulen, botanischen Gärten und Arboreten haben sein Fachwissen auf diesem Gebiet gefestigt. In seiner Freizeit kümmert er sich um seinen eigenen Garten.

Über Wojchiech Górka

Werden Roboter den Menschen ersetzen?

Die größte Herausforderung der letzten Jahre waren wahrscheinlich die steigenden Arbeitskosten und die zunehmende Schwierigkeit, qualifizierte Arbeitskräfte zu finden. Immer weniger Menschen wollen im Gartenbausektor arbeiten, da sie das unberechenbare Wetter und die harten Arbeitsbedingungen scheuen. Górka stellt fest: „Die Verbreitung von Technologien, die menschliche Arbeit durch Geräte, Maschinen und sogar Roboter ersetzen, scheint daher in den kommenden Jahren unvermeidlich zu sein. Entgegen der landläufigen Meinung sind Roboter in Gärtnereien keine Science-Fiction. Unternehmen wie Viscon Plant Technology und TTA bieten Systeme für das Umpflanzen, Sortieren, Beschneiden, Einteilen und den internen Transport in Baumschulen an.”

Sortenvielfalt ist eine Herausforderung für die Automatisierung

Der Zugang zu modernen Maschinen, die die Abhängigkeit von menschlicher Arbeitskraft verringern, wird häufig durch die finanziellen Ressourcen der Betriebe und den Grad der Spezialisierung eingeschränkt. „Während die Automatisierung in Baumschulen, die große Mengen homogener Produkte in verschiedenen Containertypen liefern, einfach sein mag, stellt sie für kleinere Betriebe, die sich auf eine Vielzahl von Pflanzenarten konzentrieren, aber kleinere Mengen produzieren, eine größere Herausforderung dar", erklärt Górka. Einige Tätigkeiten, die in anderen landwirtschaftlichen Sektoren wie dem Gemüse- oder Obstanbau bereits "robotisiert" wurden, sind in Zierpflanzenbetrieben immer noch auf menschliche Arbeit und Erfahrung angewiesen. Typische Beispiele sind das Pfropfen oder das Veredeln, die bei Nutzpflanzen wie Tomaten und Wein schon vor Jahren mechanisiert wurden, während im Zierpflanzenbau die ersten von einem Roboter veredelten Pflanzen erst im Herbst 2023 zu sehen waren.

Menschliches Fachwissen bleibt von unschätzbarem Wert

„Ich bin überzeugt, dass die Automatisierung und Robotisierung in den Baumschulen unumkehrbar ist. Angesichts der Besonderheiten der Baumschulproduktion ist es jedoch unwahrscheinlich, dass sich viele ihrer Bereiche schnell in 24/7-Pflanzenfabriken verwandeln. Deshalb bin ich, wie viele andere Fachleute auch, der Meinung, dass erfahrene und engagierte Mitarbeiter auch in Zukunft eines der wertvollsten Güter für Unternehmen in der Baumschulbranche sein werden", so Górka abschließend.

Umtopfen... ohne tatsächlich umzutopfen? 

Kleinzellige Papiertöpfe werden bereits häufig für Stecklinge verwendet, da sie die Bewurzelung fördern und das mechanische Einpflanzen in größere Behälter erleichtern. Wie wäre es, wenn man ein ähnliches System für größere Pflanzen schaffen könnte: Papptöpfe, die direkt in die Erde oder in einen großen Endproduktionscontainer umgepflanzt werden können?

Umpflanzen ist eine arbeitsintensive Aufgabe

Das Umpflanzen von Pflanzen in größere Töpfe oder in die Erde ist eine zeitaufwändige Aufgabe, die immer noch von menschlichem Geschick und Behutsamkeit abhängt. Wenn Tausende von Pflanzen umgetopft werden müssen, bedeutet dies viele Arbeitsstunden. Obwohl Teile dieses Prozesses automatisiert werden können, gibt es noch keine Maschinen, die Pflanzen sicher aus kleinen Töpfen ziehen können.

Ökologie und Ökonomie gehen Hand in Hand

In Anlehnung an die kleinzelligen Papiertöpfe, die für Stecklinge verwendet werden, könnte die Entwicklung eines Papiertopfsystems für größere Pflanzen eine Lösung für wirtschaftliche und ökologische Herausforderungen sein. Papiertöpfe verringern die Verwendung von Kunststoffen und beseitigen das Problem des Recyclings und der Entsorgung. Die wirtschaftlichen Vorteile liegen auf der Hand: Die Produzenten können Arbeit einsparen, da sie die Pflanzen vor dem Umpflanzen nicht mehr manuell aus den Töpfen nehmen müssen.

Kürzere Produktionszeit

Die Idee für größere Papiertöpfe wurde vor über 10 Jahren in den USA geboren, als eine Zusammenarbeit von Spezialisten der Firma Blackmore aus Michigan und dänischen Ingenieuren der Firma Ellepot. Es entstand ein System namens Jumbo Ellepots. Die Basis sind Papiertöpfe mit einem Durchmesser von bis zu 120 mm, die zusammen mit den Pflanzen in speziellen wiederverwendbaren Produktionsschalen, dem so genannten Air Tray® (eine Gemeinschaftsarbeit von Blackmore-Ellepot USA und Proptek), getopft werden. Dieser Name ist gerechtfertigt, denn die Schalen sorgen für eine hervorragende Luftzufuhr zu den Wurzeln. Die Folge ist das Abschneiden der wachsenden Hauptwurzeln (Wurzelschnitt) und eine intensive Bildung von Wurzeln zweiter Ordnung, d.h. eine Verdichtung des Wurzelballens, was die Aufnahme der Pflanzen in einem neuen Container oder im Boden erleichtert.

Erfolgreich in vielen Arten von Zierpflanzenbaubetrieben

Das System wurde ursprünglich für die Bedürfnisse von Obstbaumschulen entwickelt (damit Jungpflanzen in Papiertöpfen schnell und sicher in den Boden gepflanzt werden können), kann aber auch erfolgreich in Zierbaumschulen eingesetzt werden, z. B. bei der Produktion von großen öffentlichen Anpflanzungen, bei Pflanzen für Aufforstungen, bei Material für Weihnachtsbaumplantagen oder bei der Produktion in P9-Containern.

Eine effektive und nachhaltige Alternative zum manuellen Unkrautjäten

Das Jäten von Containerpflanzen ist eine arbeitsintensive Handarbeit, die durch Personalmangel und hohe Kosten erschwert wird. Auch Herbizide sind keine Option, da es nur wenige für Zierpflanzen zugelassene Mittel gibt und ihr Einsatz negativ wahrgenommen wird: Die Kunden achten genau darauf, wie die Pflanzen, die sie in ihre Häuser und Gärten stellen, produziert wurden. Neue, nachhaltige Methoden des Mulchens könnten die Antwort sein.

Wojciech Górka, Trendbeobachter in der Baumschulbranche.

Die französische Gärtnerei Laforet produziert Jungpflanzen, und ich habe gesehen, dass der Mulch aus zerkleinerten Miscanthus-Stängeln, Buchweizenschalen und Reisspelzen besteht. Aufgrund ihrer geringen Größe sind sie perfekt für die Produktion in kleinen Containern geeignet. Soweit ich gehört habe, reicht eine Schicht von wenigen Millimetern aus und hält länger als herkömmliche Rinde.

Vorbeugen ist besser als heilen

Vor einigen Jahren kamen Filz- und Kokosnussscheiben auf den Markt. Durch das Auflegen dieser Scheiben auf die Töpfe wird der Lichteinfall auf das Substrat eingeschränkt, so dass das Unkraut nur schwer oder gar nicht keimen kann. Die Scheiben ermöglichen den Durchfluss von Wasser und Luft, müssen aber dennoch von Hand angebracht werden.

Das Mulchen mit geschredderter Rinde spielt eine vergleichbare Rolle. Dies ist in der Baumschulproduktion bereits eine vollautomatische tägliche Praxis. Da Kiefernrinde jedoch immer teurer und schwieriger zu beschaffen ist, suchen die Gärtner nach neuen Materialien. Dabei kommen Abfälle aus der landwirtschaftlichen Produktion ins Spiel, z. B. Reisspreu, Buchweizenschalen, Sonnenblumenkernschalen, aber auch strohbasiertes Granulat oder geschredderte Miscanthus-Stängel.

Höhere Effizienz, niedrigere Kosten

Ähnlich äußert sich Michał Stuchlik von Ceres International: „2021 brachten wir SAN TOP auf den Markt, einen Mulch auf der Basis von Buchweizenschalen mit ökologischem Kleber. Eine 5-6 mm dicke Schicht schützt wirksam vor der Entwicklung von Unkraut. Eine dünnere Schicht, die maschinell aufgebracht wird, bedeutet eine noch höhere Effizienz und niedrigere Mulchkosten pro Pflanze. Zum Beispiel kann 1 m³ SAN TOP etwa 20.500 P9 Töpfe effektiv abdecken! Durch das Gießen wird der Kleber aktiviert, der die Schalen zusammenklebt und sie zu einer Art Eierschale macht, die den Topf bedeckt. Diese Schale kann nicht weggeweht werden oder aus dem Topf herausfallen, aber sie ist wasser- und luftdurchlässig.”

Je nach Verfügbarkeit werden in den verschiedenen Teilen der Welt unterschiedliche Materialien verwendet. In den USA zum Beispiel, wo Haselnüsse häufig angebaut werden, werden zerkleinerte Haselnussschalen als Mulch verwendet.

Autonome Pflanzenproduktion könnte die Zukunft des Gartenbaus prägen 

Die Anwendung fortschrittlicher Technologien wie Robotik, künstliche Intelligenz (KI) und Sensornetzwerke hat das Potenzial, die Anbaupraktiken zu revolutionieren und die Zukunft der Gartenbaubetriebe zu gestalten. Der Gartenbau erlebt mit dem Aufkommen autonomer Anbautechniken einen transformativen Wandel.

Gartenbau in Gewächshäusern ist wegweisend

Während sich der Gartenbau in der Anfangsphase der Entwicklung von Sensor- und Automatisierungstechnologien befindet, können wir bereits die Möglichkeiten des autonomen Anbaus von Gewächshausgemüse erkennen. Umweltkontrollsysteme optimieren Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Beleuchtung und CO2-Gehalt, um die idealen Wachstumsbedingungen zu schaffen. Präzise Bewässerungs- und Nährstoffmanagementsysteme liefern maßgeschneiderte Lösungen, während Robotik und Automatisierung Aufgaben wie Pflanzung, Beschneidung und Ernte übernehmen. Datenüberwachung und -analyse ermöglichen die Bewertung der Pflanzengesundheit in Echtzeit, die Erkennung von Krankheiten und vorausschauende Erkenntnisse für einen optimierten Anbau.

KI zur Optimierung des Anbauplans

Die Einführung autonomer Anbautechniken im Anbau von Gewächshausgemüse bringt klare Vorteile mit sich. Sie erhöht die Effizienz der Ressourcennutzung, senkt die Arbeitskosten und verbessert die Qualität und Einheitlichkeit der Ernte. Landwirte, die autonome Anbausysteme einsetzen, berichten außerdem von einer höheren Produktivität, einer besseren Eindämmung von Krankheitsrisiken und einer optimierten Ressourcenzuweisung. Darüber hinaus ermöglicht die Integration von KI- und IoT-Technologien die Fernüberwachung und -verwaltung, was die betriebliche Flexibilität und Skalierbarkeit erhöht.

Mehr F&E für Zierpflanzen erforderlich

Der autonome Anbau ist zwar auf dem Vormarsch, aber es gibt noch viele Herausforderungen. Die Vielfalt und Komplexität von Zierpflanzen erfordert maßgeschneiderte Lösungen, was weitere Forschung und Entwicklung notwendig macht. Außerdem beeinflussen die Marktnachfrage und wirtschaftliche Faktoren das Innovationstempo. In dem Maße, wie die Technologie Fortschritte macht und das Interesse der Industrie wächst, können wir jedoch maßgeschneiderte autonome Systeme erwarten, die speziell für Zierpflanzen entwickelt werden und nachhaltige und effiziente Anbaupraktiken fördern.

Hören Sie auf Ihre Pflanzen?

Die Biosensoren des Schweizer Unternehmens Vivent messen rund um die Uhr und in Echtzeit Biosignale in der Pflanze. Künstliche Intelligenz (KI) setzt diese in praktische Informationen um: Gärtner erhalten sofortige Einblicke in die Reaktion der Pflanze auf Anbaustrategien und Maßnahmen. Ist die Pflanze aus dem Gleichgewicht geraten? Dann erhalten die Anbauer eine Benachrichtigung auf ihrem Laptop oder Smartphone, so dass sie nach der Ursache suchen und die richtigen Maßnahmen zur Optimierung ihrer Kultur ergreifen können. Schneller und effizienter als es derzeit möglich ist.

Das fehlende Glied für den autonomen Anbau

„Wir befinden uns noch im Anfangsstadium dieser Technologie, aber dies könnte das fehlende Glied für den autonomen Anbau sein", sagt Carl Rentes, kaufmännischer Leiter bei Vivent. „Der Gartenbau ist bei der Beobachtung und Messung der Vorgänge rund um die Pflanze weit fortgeschritten: Man denke an Kameras und Sensoren, die das Klima in einem Gewächshaus, Licht, Feuchtigkeit, Temperatur und CO₂ kontrollieren. Was wir jetzt machen, ist die Offenlegung von Informationen aus dem Inneren der Pflanze. Das gibt uns eine ganze Reihe wertvoller Daten, die vorher nicht verfügbar waren.

Pflanzen kommunizieren

Pflanzenzellen kommunizieren untereinander unter anderem über elektrophysikalische Signale, ähnlich wie ein Elektrokardiogramm. Diese Biosignale können mit Biosensoren aufgefangen werden. Jedes Signal hat seinen eigenen Impuls, zum Beispiel klimatische Bedingungen, Krankheiten oder Nährstoffmangel. Durch den kontrollierten Entzug eines Nährstoffs beispielsweise kann die KI das eindeutige Biosignal erkennen, das anzeigt, dass die Pflanze unter einem Mangel an diesem Nährstoff leidet.

Algorithmen für Trockenheitsstress und Nährstoffmangel

Vivent nutzt seine wachsende Sammlung pflanzenbezogener elektrophysikalischer Daten und die Technologie des maschinellen Lernens, um die spezifischen Situationen mit zunehmender Genauigkeit zu bestimmen. Das Unternehmen hat bereits Algorithmen zur Erkennung von Trockenheitsstress und Nährstoffmangel entwickelt. Derzeit werden Versuche mit Phalaenopsis, Hortensien, Bromelien und Topf-Lilien durchgeführt.

„Das Schöne daran ist, dass die Biosignale ziemlich identisch sind. Wenn man also die Signale einmal erkannt und den Algorithmus für Phalaenopsis entwickelt hat, ist eine einfache Kalibrierung alles, was man braucht, um das Modell zum Beispiel für Hortensien zu entwickeln", so Rentes.