- Stand und Entwicklung - Johann Bergermeier

- Stand und Entwicklung -

Johann Bergermeier

l. Einleitung

Das Programm "Umweltgerechter Pflanzenbau" wurde im Auftrag von HerrnStaatsminister Nüssel entwickelt und im September 1988 im Rahmen einerPressekonferenz der Öffentlichkeit vorgestellt.

Eine Definition dieses Programmes wird im Vortrag von Herrn Dr.Haimerlgegeben.

Das Programm nutzt moderne Beratungstechniken, zum Beispiel Informa-tions- und Kl-Systeme zu einer umweltgerechten Terminierung undQuantifizierung von chemischen Pflanzenschutz und Stickstoffdüngung.

Voraussetzung für die Umsetzung des "Umweltgerechten Pflanzenbaues" ist

- eine Datenerhebung und -Verwaltung in einer Schlagkartei,- eine genaue Bestandsbeobachtung und Krankheitsbonitur während derVegatation sowie

- die Bereits tellung exakter Wetterdaten, die regional gewonnen werden(siehe dazu den Vortrag von Dr.Haimerl "Das agrarmeterologische Meßnetz in Bayern")

Um die Führung der Schlagkartei voranzubringen, werden auf der Ebeneder landwirtschaftlichen Betriebe Arbeitskreise gefördert. Weiterhinbietet das Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forstendie automatische Übernahme von Daten aus PC-Schlagkarteien an. Dazuwurde vom Staatsministerium ein Standard festgelegt. Bereits vierSchlagkarteisysteme erfüllen diesen Standard und erlauben die Übernahmevon Schlagkarteidaten in BALIS.

Neben der Bereitstellung der genannten technischen Voraussetzung fürdas Programmes "Umweltgerechter Pflanzenbau" wurde in einem bayern-weiten Versuchsprogramm mit der Vegetationsperiode 1988/89 begonnen,EDV-gestützte Prognosemodelle bei landwirtschaftlichen Betrieben zutesten. Die Durchführung der Versuche wird von Wissenschaftlern derLandesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau und verschiedenen Hoch-schulen geleitet. Zielsetzung des Versuchsprogrammes ist es, diePrognosemodelle in den verschiedenen Naturräumen Bayerns zu testen undauch um Daten für eine notwendige Anpassung der Modelle zu gewinnen.

In Abbildung l sind die Voraussetzungen, die verwendeten EDV-gestütztenEntscheidungshilfen und die Ziele des "Umweltgerechten Pflanzenbaues"dargestellt.

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U)oOS

do

o

WHW

Programm "Umweltgerechter Pflanzenbau" in BayernSchlagkarteien im landw. Betrieb

ca. 100 agrarmeteorologi —sehe Meßstationen

o

H

BodenuntersuchungenTiefbohrprogramm

W

gezielter Pflanzenschutzweniger Rückständeweniger Aufwand

Schonung der UmweltSicherung des Betriebseinkommens

gezielter Stickstoffeinsatzweniger Nitrataustragweniger Aufwand

StMELF/5.90

2. Umweltgerechter Pflanzenbau - seine Instrumente in der Düngung

Die Instrumente für den Bereich Stickstoffdüngung sind

- das EDV-gestützte Beratungssystem DSN (Düngersystem Stickstoff)und

- Simulationsmodelle zur Stickstoffverlagerung, -freisetzung und-aufnähme.

Seit 1989 werden im Rahmen des DSN-Programms (DüngerberatungssystemStickstoff) im Frühjahr rd. 35000 Bodenproben gezogen und aufbauend aufeiner N-Analyse eine Düngeempfehlung mit Hilfe der EDV erstellt.

Ziel ist es, aus einer im Herbst gezogenen Bodenprobe und -analyse denpflanzenverfügbaren Stickstoff im Frühjahr zu schätzen. So wird derTermindruck zwischen Bodenprobenahme und erster N-Düngung im Frühjahrvermindert und eine größere Anzahl Bodenproben kann verarbeitet werden.

Weiterhin soll der Verlauf der N-Dynamik im Boden während der Vegeta-tion nachvollzogen und darauf aufbauend eine Bestandsführung angepaßtwerden. So wird eine dem Bedarf entsprechende Stickstoffdüngung er-reicht und der Eintrag von Stickstoff ins Grundwasser wird vermieden.

In Zusammenarbeit mit der Wissenschaft testet das Staatsministerium fürErnährung, Landwirtschaft und Forsten verschiedene N-Simulationsmodel-le.

3. Umweltgerechter Pflanzenbau - seine Instrumente im Pflanzenschutz

Nach den positiven Erfahrungen mit der gut funktionierenden Pernospora-prognose im Hopfenbau wird versucht, vorhandene Ansätze für weitereFruchtarten zu übernehmen. Im Rahmen von Forschungsaufträgen an Univer-sitäten sowie an der Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbauwerden Prognosemodelle auf ihre Praxistauglichkeit getestet, weiter-entwickelt und an bayerische Verhältnisse angepaßt.

3.1. Weizenmodell - Bayern

Vom Lehrstuhl für Phytopathologie der TU-München wird das rechnerge-stützte "WEIZENMODELL BAYERN" entwickelt. Es basiert auf:

- dem Expertensystem "Mehltau-Weizen" von Stephan,- dem rechnergestützen Entscheidungsmodell EPIPRE für die Weizenproduktion von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für landwirtschaft-lichen Pflanzenbau/Reckenholz sowie

- der Septoriaprognose nach Verreet und Hoffmann.

Folgende Krankheiten werden von dem Modell erfaßt:

1. Halmbruchkrankheit,2. Echter Mehltau und3. Blatt- und Spelzenbräune.


Weiterhin macht das Modell eine Aussage zur Bekämpfung der Blattläuse.

Das dazu aufgebaute Expertensystem unterstützt den Benutzer bei derDiagnose von Pilzkrankheiten im Weizen und erklärt bzw. terminiert diedurchzuführenden Bonituren. Der so durch den Praktiker bzw. Berater imFeld erfaßte Epidemieverlauf stellt die Informationsbasis für weitereBerechnungen und Prognosen dar. Für diese Berechnungen bzw. Prognosenverwendet das "Weizenmodell Bayern" die Wetterdaten einer repäsentati-ven agrarmeterologischen Station aus dem Meßnetz des Staatsministeri-ums. Die Zuordnung dieser Meßstation muß vorerst noch durch den Benut-zer vorgenommen werden. Es ist jedoch geplant, eine Zuordnung aufgrundder Betriebsnummer vorzunehmen. Weiterhin verwendet das "WeizenmodellBayern" die Laborergebnisse des Klewitz/Käsbohrer-Tests, der von denÄmtern durchgeführt und in einer Datenbank gespeichert wird. Auf dieseTestergebnisse greift das "Weizenmodell Bayern" zu und vergleicht esmit den Angaben des Anwenders.

Nach durchgeführter Prognose und Entscheidungsrechnung gibt das "Wei-zenmodell Bayern" dem Benutzer Entscheidungshilfen gegen welche Krank-heiten bzw. Blattläuse gezielte Applikationen notwendig sind bzw. zuwelchem Termin eine erneute Bonitur durchzuführen ist.

Abschließend unterstützt das "Weizenmodell Bayern" den Benutzer bei derAuswahl geeigneter Pflanzenschutzmittel.

Die Erprobung des "Weizenmodell Bayern" erfolgte in der Vegetations-periode 1988/89 an den Ämtern für Landwirtschaft und Bodenkultur Augs-burg, Ansbach, Bayreuth, Deggendorf und Regensburg im Rahmen von Exakt-versuchen. Um Vergleichswerte zu dem rechnergestützen Expertenmodellzu bekommen, wurden an den fünf Versuchsstandorten folgende Variantenuntersucht:- Variante A: Düngung und Herbizideinsatz praxisüblich, jedoch ohneFungizideinsatz,

- Variante B: Düngung und Herbizideinsatz praxisüblich sowie Fungi-zideinsatz nach dem zur Zeit in Bayern verbreiteten Muster,

- Variante C: Düngung praxisüblich, Pflanzenschutz nach "WEIZENMODELLBAYERN".

Die Ergebnisse dieses Vergleichstests können wie folgt zusammengefaßtwerden:- Im Durchschnitt der fünf Versuche wurde ein monetärer Mehrertrag vonmehr als 90 DM/ha bei Variante C (Modellvariante) gegenüber VarianteB (praxisüblich) erzielt.

- Die Anzahl der chemischen Wirkstoffeinsätze konnte von 4,2 in Varian-te B (praxisüblich) auf 3,2 in der Modellvariante C aufgrund einergezielten Behandlung reduziert werden und

- die ausgebrachte Wirkstoffmenge bei Variante C konnte gegenüberVariante B bis zu 2/3 reduziert werden.

Wenn auch die Ergebnisse von Standort zu Standort streuen, kann festge-stellt werden, daß mit EDV-gestützten Entscheidungshilfen- höhere monetäre Erlöse erreichbar sind und

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- die Umwelt aufgrund gezielter und deshalb geringerer chemischerPflanzenbehandlungen erheblich entlastet werden kann.

3.2. Gerstenmodell - Bayern

Von der Bayerischen Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbauwird ebenfalls aus EPIPRE und eigenen Ansätzen ein Expertensystem fürdie Gerstenkrankheiten- Mehltau,- Rhynchosporium,- Netzfleckenkrankheit,- Halmbruch und- Zwergrosterarbeitet.

Das Modell wird parallel für Sommer- und Wintergerste aufgebaut.

Die Struktur des "Gerstenmodells Bayern" ist stark an das "WeizenmodellBayern" angelehnt. In gleicher Weise wie das "Weizenmodell Bayern" un-terstützt das "Gerstenmodell" den Benutzer bei der Diagnose der Krank-heiten und gibt eine Unterstützung bei der Terminierung der durchzufüh-renden Bonituren. Für die Entscheidungsrechnung werden die Wetterdateneiner repräsentativen agrarmeterologsichen Meßstation verwendet, dievorerst noch vom Benutzer auszuwählen ist. Nach erfolgter Berechnunggibt das Modell Hinweise, welche Maßnahmen notwendig sind. Dabei werdenauch Sorten- und Standortmerkmale berücksichtigt.

Der Test des Modells erfolgte in der Vegetationsperiode 1989/90 erst-mals an drei Ämtern für Landwirtschaft und Bodenkultur.

Die beiden vorgestellten Modelle sind als Expertensysteme mit derShell-ESE (Expert System Environment) von IBM konzipiert und realisiertworden.

In Abbildung 2 ist EDV-Umgebung des "Weizenmodell Bayern" dargestellt.Die Implementierung des "Gerstenmodell Bayern ist ähnlich. Die verwen-dete Shell ESE läuft als Subsystem des Dialogsystems TSO (Time ShareOption) auf dem Rechner des Staatsministeriums. Der Aufbau der Wissens-basen für die beiden dargestellten Modelle erfolgte mit dem Regelwerkder Shell ESE. In den Wissensbasen sind das Expertenwissen über Ent-wicklung von Krankheiten sowie notwendige Bekämpfungsmaßnahmen defi-niert.

Neben des Wissensbasen sind folgende relationale Datenbanken aufgebautworden:- Wetterdatenbank,- Datenbank mit Merkmalen von Weizensorten,- Datenbank mit Merkmalen von Gerstensorten,- Datenbank mit Ergebnissen des Klewitz/Käsbohrer Tests,- Datenbank mit Angaben zum Wirkungsspektrum von Fungiziden und- Datenbank mit Angaben zum Wirkungsspektrum von Insektiziden.


Ämter für Landwirtschaft landwirtschaftliche Betriebe

— 1 —B ALI S (BALIS = Bayer. Idw.

Informationssystem)BALIS-BTX

r̂H IMS

(Expert Systemi-Shell ESE .-Environment) II

Benutzer-Schnittstelle

WissensbasisWEIZENMODELL

BAYERN

Wissens-erwerbs-komponente

Schluß-folgerungs-komponente

Erklärungs-komponente

Entwickler-Schnittstelle

-

relationalesDatenbank-

system

WW-Sorten

Fungizide

KK-Test

' Wetter

TSO

1=1(Betriebsmodus des Betriebssystems MVS)

Mainframe-Computer /370 MinELF

(MinELF = Bay. Staatsmin. fürErn., Ldw. u. Forsten, München)

Abb. 2:

Auf diese Datenbanken können die beiden Modelle über eine SQL-Schnitt-stelle zugreifen. Durch die Trennung von Expertenwissen in den Wissens-basen und variablene Informationen können die Modelle leicht auf ge-änderte Bedingungen angepaßt werden.

Die Shell ESE bietet dem Entwickler eine umfangreiche Unterstützung.Folgende Hilfen bietet ESE an:- einfache und übersichtliche Editierung der Objekte bzw. Regeln,- Aufzeigen aller möglichen Eigenschaften der Objekte,- sehr detaillierte Traces,- einfache Gestaltung von Bildschirmmasken,- einfacher Zugriff auf DB2-Datenbanken über eine SQL-Schnittstelle und- die Möglichkeit, komplexere Rechenoperationen in einem externen Modul

in PL/l, COBOL, FORTRAN, PASCAL oder ASSEMBLER zu entwickeln.

Dies ermöglicht eine erstaunliche Produktivität bei der Entwicklung undentlastet den Entwickler von EDV-technischen Aufgaben. Weiterhin bietetESE die Möglichkeit Rückwärts- als auch Vorwärtsverkettungen beliebigzu kombinieren.

3.3. ELWIRA - Entscheidungsmodell Winterraps

In Gegensatz zu den beiden vorgestellten Modellen wurde ELWIRA inPROLOG auf dem Personal Computer enwickelt. Abgeschlossene und geteste-te Module werden anschließend im BALIS-BTX übernommen.


Das Modell liefert Entscheidungshilfen für folgende Schädlinge:- Rapserdfloh (Psylliodes chrysocephala L.),- Großer Stengelrüßler (Ceutorhynchus napi L.),- Rapsglanzkäfer (Meligethes aeneus F.),- Gefleckter Kohltriebrüßler (Ceutorhynchus quadridens Panz.),- Kohlschotenrüßler (Ceutorhynchus assimilis Payk.) und- Kohlschotenmücke (Dasyneura brassicae Winn.).

Das Modell gibt zu folgenden Fragen eine Unterstützung:- wann fliegt die Masse der Tiere aus dem Winterlager zu,- wann ist eine Bonitur notwendig,- wann und gegen welche Schädlinge ist eine Bekämpfung wirtschaftlichund

- welche Inektizide können verwendet werden?

In Abbildung 3 sind die Entscheidungsschritte von ELWIRA schematischdargestellt.

Folgende Entscheidungsschritte führt ELWIRA durch:- Bestimmung des Entwicklungsstandes des Bestandes,- Bestimmung der Zuflugsintensität der Insekten aufgrund der aktuellenWetterdaten,

- Schätzung der Beschädigung durch die zugeflogenen Insekten,- Schätzung des Kompensationsvermögens des Bestandes,- Schätzung der Ertragsdepression durch die Insekten,- Durchführung einer Kosten-Nutzen-Analyse für eine Pflanzenbehandlung.

/*"

Bestandesdichte

l3[lan/eii9nlwickluiiy5tengeldicke/Schoten/ EC-Stadium<nospen J/ 1 —

\

/1

k/erweildauer 1 1 Eiablage/Fraß

/^ ^Zuflug der Tiere

tWitterung

Preis, Ertragserwartungy\f W Spritzen

1 7*> Reaktion -> Schaden — >| Kosten-Nutzen-Analyse <

\^ Nicht Spritzen

Mittelkosten

>|\

Mittelauswahl

tUmweltauflagen

Abb. 3:

Entscheidet das System für eine Pflanzenbehandlung, so wird im letztenSchritt aufgrund der ökologischen Gegebenheiten eine Mittelwahl durch-geführt .


Die drei genannten Programme werden bereits als Expertensysteme imSinne der neuen Softwaretechnologie der Künstlichen Intelligenz, alsowissensbasiert, entwickelt.

3.4. Plasmopara Risiko Analyse Oppenheim (P.R.O.-Modell)

Die Grundlagen der Plasmopara Risiko Analyse sind von Dr.Hill von derLandes-, Lehr- und Versuchsanstalt Oppenheim übernommen worden. DieVermehrung des Pilzes Persnospora P. Viticola (Plasmopara) im Sommer-kreislauf ist an streng limitierte Wetterereignisse gebunden. DieVermehrung findet nur nachts statt, wenn in vier aufeinanderfolgendeStunden die Luftfeuchte über 97 % liegt und die Temperatur nicht unter11 Grad Celsius absinkt. Diese streng wetterabhängigen Bedingungen fürdie Vermehrung der Plasmopara sind eine ideale Voraussetzung für denAufbau eines Prognosemodells.

Das Modell wurde 1989 im BALIS-BTX implementiert und für drei Wetter-stationen im Weinbau angeboten. Die Ausbreitung des Pilzes konntedabei gut geschätzt werden. Die Anwendung des Modells erfolgte inArbeitskreisen, die sich jeden Montag bei der agrarmeteorologischenMeßstation trafen und die Wetterdaten sowie die Ergebnisse des Modellsdiskutierten. Dabei konnten zum Beispiel 1989 die Winzer des Arbeits-kreises von Randersacker bei Würzburg zwei Spritzungen einsparen.

Aufgrund der positiven Erfahrungen mit dem Modell wird von politischerSeite ein vermehrter Einsatz von agrarmeteorologischen Meßstationen imWeinbau gefordert. Das Staatsministerium beabsichtigt, eine Verfeine-rung des Meßnetzes mit kleinen Stationen zu erreichen, die nur dieParameter erfassen, die für das P.R.O.-Modell notwendig sind.

3.5. Weitere Pflanzenschutzmodelle

Neben den genannten Modell werden noch- die Negativprognose für Krautfäule (Phytprog) von Ulrich und Schrödersowie

- das Bedlanprogramm zur Vorhersage des falschen Mehltaus bei Gurkenin Exaktversuchen getestet und an bayerische Verhältnisse angepaßt. Diebeiden Modelle sind bereits im BALIS-BTX implementiert und werden vonLandwirten genutzt.

4. Umweltgerechter Pflanzenbau - weitere Entwicklung

Vorhandene rechnergestützte Prognosemodelle sind noch zu verfeinern undin eine benutzergerechte Form weiterzuentwickeln. Für viele Schaderre-ger sind von der Wissenschaft erst noch möglichst wissensbasiertePrognosemodelle in Zusammenarbeit mit Beratung und Praxis zu erarbei-ten. Dadurch wird ein wesentlicher Beitrag geleistet, daß die Landwirt-schaft in freiwilliger vorbeugender Weise nachweisbar Vorsorgemaßnahmenzum Schütze der Umwelt beiträgt und wieder aktiv in der Umweltdiskus-sion teilnehmen kann.


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