Potenziale erschließen: Vorteile von Widespan Controlled Traffic Farming im Vergleich zu Standard-CTF

Erkenntnisse von Tim Chamen und John McPhee zur Verbesserung der Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft.

Sowohl Tim Chamen als auch John McPhee sind renommierte Forscher auf den Gebieten Ackerbau, landwirtschaftliche Produktivität, Agrartechnik und nachhaltige Landwirtschaft. In unserem Blog beleuchten sie Aspekte wie ackerbauliche Produktivität und Betriebsmitteleffizienz, die Möglichkeiten, die Widespan-Fahrzeuge im Hinblick auf die Präzisionstechnologie bieten, aber auch Potenziale zur Verbesserung der Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft.

Die Hauptunterschiede zwischen Controlled Traffic Farming (CTF) und Widespan Controlled Traffic Farming (WS-CTF) liegen in der befahrenen Fläche, der Stabilität der Arbeitsgeräte und der präzisen Ausbringung der Betriebsmittel. Die überfahrene Fläche im Widespan-CTF wird im Vergleich zum Standard-CTF-Systemen mehr als halbiert, was sowohl den Energieverbrauch als auch die vom Boden ausgehenden Emissionen in Form von Lachgas und Methan, beides schädliche Treibhausgase, reduziert. Auch der bei der Maschinenproduktion anfallende Energieverbrauch dürfte bei Widespan-Systemen, die weniger Motoren, Getriebe und Fahrerkabinen benötigen, geringer sein. Die mit Widespan-Systemen verbundene höhere Stabilität ermöglicht eine bessere Präzision und Bewirtschaftung auf Reihen- und Pflanzenebene sowie mehr Möglichkeiten für Systeme wie Intercropping. Obwohl die initialen Investitionskosten für Widespan-Systeme wahrscheinlich hoch sind, werden die Gesamtinvestitionen und die Betriebskosten erheblich geringer ausfallen verglichen mit herkömmlicher Technik.

Abbildung 1. Das Feld im Vordergrund ist im vorherigen Jahr mit Futtermais bestellt worden und lag Ende April noch unbestellt da. Die Fläche liegt in England. 

Controlled Traffic Farming (CTF) ist ein Verfahren zur Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Flächen. Das Ziel ist es, die durch das Überfahren mit schweren Maschinen verursachten Schäden zu reduzieren (siehe Abbildung 1). Diese haben langfristige Auswirkungen, da die Felder oft nicht zugänglich sind für „Ausbesserungen“ und die Aussaat der Frühjahrskulturen zum Teil stark verzögert wird. Speziell der Unterboden kann bei der Bodenbearbeitung beschädigt werden, wenn bspw. in der Furche gepflügt wird.

CTF vermeidet diese Probleme weitgehend, indem der gesamte Feldverkehr auf eine möglichst kleine Fläche mit permanenten Fahrspuren beschränkt wird, welche durch eine hochentwickelte Satellitensteuerung und automatische Lenkung in Position gehalten werden. Mit den entsprechenden Maschinen kann bis zu 95 % der Feldfläche dauerhaft unbefahren bleiben.
In diesem Artikel stellen wir die Möglichkeiten von CTF Technologien auf landwirtschaftlichen Betrieben und ihre Auswirkungen dar.

Was ist „Standard“ und „Widespan“ Controlled Traffic Farming (CTF)?

Beim Standard CTF werden die Fahrspuren der Maschinen auf 12 bis 30 % der Anbaufläche begrenzt. Im traditionellen Ackerbau werden jährlich zwischen 45 % (Direktsaat) und 85 % einer Feldfläche befahren (Kroulik et al., 2009),  im Gemüsebau wird die selbe Fläche während eines Produktionszyklus oftmals sogar mehrere Male überfahren (Chamen et al., in press, a).
Widespan-CTF bezieht sich auf Maschinen, die eine deutlich breitere Spurweite als herkömmliche Traktoren haben, d. h. alles ab 4 m aufwärts (Taylor, 1994). Ein Hauptmerkmal von Widespan Maschinen ist, dass ihre Arbeitsgeräte normalerweise (aber nicht ausschließlich) innerhalb dieser Spurweite arbeiten. Dies hat zur Folge, dass ein Radpaar auf dem Rückweg in seiner eigenen Spur läuft, wodurch der Spuranteil in einer Fläche halbiert wird, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Beispiel dafür, wie ein Breitspur-CTF-System bei jeder Überfahrt eine einfache statt einer doppelten Radspur erzeugt (siehe Kasten).
Foto: Dowler Engineering, ca. 1989. Illustration: CTF Europa 2024.

Die Umstellung auf ein Widespan System mag herausfordernd erscheinen, da eine nahezu komplette Umstellung des betrieblichen Maschinenparks erforderlich ist. Nach der Umstellung werden die Kapitalinvestitionen jedoch geringer und auch die Betriebskosten deutlich niedriger sein. Es handelt sich um ein hocheffizientes und umweltfreundliches System, das sowohl für den Landwirt als auch für den Verbraucher derzeit unübertreffliche Vorteile bietet.

Vorteile von Widespan CTF im Vergleich zum herkömmlichem Controlled Traffic Farming

Spurführung und Erträge

Da jede Radspur zweimal genutzt wird, ist der Spuranteil von Widespan-Maschinen im Vergleich zu einem Standardsystem mindestens halbiert. Ein 12 m breites Standard-CTF-System mit 700 mm breiten Reifen würde beispielsweise bei etwa 12 % Spuranteil liegen. Dies ist jedoch der optimalste Fall, wenn alle Spurweiten übereinstimmen, was aufgrund der großen Spurweite des Mähdreschers und der europäischen Straßenverkehrsvorschriften nur selten möglich ist. In dieser Situation würde das „Best-Case“-Szenario für ein 12 m breites Standard-CTF-System mit einem Mähdrescher auf 580 mm breiten Gummiraupen und einer Spurweite von 2,8 m zusammen mit einem Traktor mit einer Spurweite von 2,2 m und 600 mm breiten Reifen etwa 15 % betragen. In anderen Teilen der Welt (z. B. in Australien), wo die Spurweite von Traktor und Mähdrescher aufeinander abgestimmt werden kann (bei etwa 3 m), würde die befahrene Fläche bei einem 12-m-System etwa 10 % betragen. Bei einem vergleichbaren Widespan System läge dieser Spuranteil bei etwa 6 %, und auch am Vorgewende wäre der Spuranteil aufgrund der festgelegten Steuerung geringer.

Widespan bedeutet auch, dass es weniger Unebenheiten über die gesamte Fläche gibt. Die Gleichmäßigkeit des Pflanzenwachstums ist entscheidend für die Effizienz beim Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln während der Vegetationsperiode. Im Gemüsebau, wo das Zusammenspiel von Raupen, Spurweiten und Reihenabständen einen erheblichen Einfluss auf den Pflanzenbestand haben kann, können die Erträge durch Widespan CTF um bis zu 20 % gesteigert werden (Pedersen, 2015).

Abbildung 3. Beispiel für verbessertes, gleichmäßiges Pflanzenwachstum auf konventionell befahrenem Boden (links) und nicht befahrenem (rechts).
Bei der traktorbasierten CTF wachsen die bebauten Fahrspuren langsamer und lückenhafter, wie hier auf dem befahrenen Boden zu sehen ist.

Stabilität und Traktion

Die Spurweite von Widespan Fahrzeugen verleiht ihnen eine inhärente Stabilität, die besonders wertvoll ist, wenn es um mehr Präzision geht. So werden beispielsweise die Rollbewegungen eines Spritzgestänges durch die relativ schmale Spurweite von herkömmlicher Technik stark vergrößert. Traktoren, die mit einem 36 m langen Gestänge arbeiten, können an den Gestängespitzen eine Rollvergrößerung von etwa 9 aufweisen, d. h. wenn ein Rad des Traktors um 100 mm gegenüber dem anderen Rad ansteigt, hebt sich das Ende des Gestänges um 900 mm. Solche Bewegungen haben einen großen Einfluss auf die Appliktation (Langenakens et al., 1999). Obwohl moderne Gestängestabilisatoren helfen, diese Bewegungen zu negieren, sind sie selten schnell genug, um sie vollständig auszugleichen (Lipiński et al., 2022). Der äquivalente Anstieg eines 36 m langen Auslegers an einer Maschine mit 12 m Spannweite würde nur 300 mm betragen – selbst ein 60 m langer Ausleger würde sich nur um 500 mm anheben. Ähnliche Grundsätze gelten für Mähdrescher.

Ein weiteres Stabilitätsmerkmal von Maschinen mit großer Spannweite ist ihre Fähigkeit, mit versetzten Lasten zu arbeiten, wie es beispielsweise bei einem Teilbreiteneinsatz der Fall sein kann. Dies ist besonders wichtig bei Arbeiten mit großem Zugkraftbedarf. So können Widespan Fahrzeuge bei Bedarf auch pflügen (Abbildung 4), ohne das nicht befahrene Beet zu beeinträchtigen, was bei anderen Maschinen praktisch unmöglich ist.

Abbildung 4. Ein 12 m 100 PS (75 kW) Widespan Fahrzeug mit Zweiradantrieb, das mit zwei zweischarigen Pflügen (einer links und einer rechts) auf einem 60%igen Tonboden im Vereinigten Königreich pflügt. Foto: Silsoe Research Institute, c. 1988.

Ein weiterer entscheidender Vorteil von Breitspurfahrzeugen ist die Gewichtsverteilung auf die Antriebsräder, die bei Traktoren aufgrund der angebauten und/oder angehängten Geräte ständig zwischen Vorder- und Hinterachse variiert. Um dies auszugleichen, müssen zusätzliche Gewichte an der Vorderachse angebracht werden, was dazu führt, dass das Fahrzeug oftmals schwerer ist als nötig wäre.
Insgesamt bieten die größere Stabilität und die bessere Gewichtsverteilung von Maschinen mit großer Spannweite zahlreiche Vorteile, nicht zuletzt eine höhere Präzision bei der Reihen- und Pflanzenaufteilung und damit eine gesteigerte Effizienz.

Energie und Treibhausgasemissionen

Es ist erwiesen, dass CTF in der Lage ist, den Energieaufwand (und damit die Kohlenstoffemissionen) im Ackerbau um bis zu 50 % zu reduzieren (Antille et al., 2019). Die Einsparungen entstehen durch den reduzierten oder nicht vorhandenen Einsatz von Bodenbearbeitung und das Laufen von Rädern oder Raupen auf festen Fahrspuren. Der Energieaufwand ist bei einer größeren Spurweite proportional zu der befahrenen Fläche, die etwa 50 % kleiner ist, geringer. Bei einer Spurweite von 10 m sind es beispielsweise 7,4 % und bei einem Standardsystem von 10 m 16,9 %. Diese Verringerung der befahrenen Fläche um 9,5 % beim Widespan System wirkt sich auch auf die Stickoxid- und Methanemissionen aus, die auf nicht befahrenen Böden nur 40 % der Emissionen von Systemen mit herkömmlicher Befahrung betragen können.

Weitere Faktoren sind eine Verringerung der Herstellungskosten und der daraus resultierenden Emissionen (Tullberg, 2014). Einsparungen bei den Kosten und der Masse des Arbeitsgeräts sind aufgrund mehrerer Stützpunkte an der gesamten Maschine und aufgrund eines geringeren Bedarfs an Klappmechanismen zu erwarten. Beim Einsatz als Geräteträger (z. B. NEXAT) sind weniger Motoren und Getriebe, Reifen und Kabinen erforderlich als bei Standardsystemen, die bei einigen Maschinen (z. B. Erntemaschinen) elf Monate im Jahr stillstehen können.

 Auswirkungen auf den Boden und Effizienz der Stickstoffnutzung

In diesem Zusammenhang sind die Unterschiede zwischen Standard- und Widespan-CTF zwar geringer, aber dennoch signifikant. Aus über 50 Jahren Forschung wissen wir, dass die Vermeidung von Bodenverdichtung erhebliche Vorteile hat, wie z. B. eine verbesserte Bodenstruktur, Porosität, Wasserinfiltration, Drainage und Stickstoffnutzungseffizienz (NUE) (Antille et al., 2019). Die NUE kann auf nicht befahrenen Böden um bis zu 40 % erhöht werden, sodass Widespan Systeme aufgrund der geringeren befahrenen Fläche größere Potenziale für NUE haben als Standard-CTF-Systeme.
Auch im Gemüseanbau ist oft eine umfangreiche Bodenbearbeitung erforderlich, die mit Widespan Systemen mit größerer Spurweite ohne Beeinträchtigung der Anbaufläche erreicht werden kann. Auch eine Rückverfestigung des Bodens, wie in Abbildung 5 dargestellt, kann bei Bedarf mit Widespan Fahrzuegen sehr präzise ausgeführt werden.

Abbildung 5. Beispiel für den Einsatz einer 12 m breiten, zweirad Widespan Maschine mit angebauten Walzen zur präzisen Rückverfestigung durch hydraulischen Druck und Gewichtsübertragung vom Fahrzeug aus. Foto: Silsoe Research Institute, ca. 1990.

Ernte

Im Vergleich zu Standard CTF Systemen bieten Widespan Maschinen eine neue Möglichkeit für Erntearbeiten, die sich eng an die Techniken der Präzisionslandwirtschaft anlehnen. Eines der Hauptprobleme bei breiten konventionellen Mähdreschern ist die Fähigkeit, Erntereste gleichmäßig zu verteilen, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen und zusätzliche Energie zu benötigen. NEXAT hat dieses Problem gelöst, indem es den Erntestrom in zwei gleichmäßige Gutflüsse über die Breite der Maschine aufteilt und so die Abscheidefläche erhöht und eine optimale Strohverteilung erreicht.

Monokulturen erhöhen zwar durch Staffelung der Arbeitsgänge die betriebliche Effizienz, haben aber den Nachteil, dass sie das Risiko von Schädlingen und Krankheiten in dem Bestand erhöhen und die biologische Vielfalt im und über dem Boden einschränken. Im Vergleich zu Standardsystemen bietet die Widespan Technik ein größeres Potenzial zur Abgrenzung von Fahrspuren und Wachstumszone sowie zur Ernte in Einzelreihen. Dies ermöglicht diverse Formen von Intercropping, dessen gößte Vorteile durch enge Abstände der gegensätzlichen Kulturen erreicht werden können (Glaze-Corcoran et al., 2020).

Schwerkraft für Materialfluss

Bei Standard CTF Systemen werden in der Regel Anbaugeräte mit großer Arbeitsbreite verwendet, um die befahrene Fläche zu minimieren. Dies bedeutet jedoch, dass Feststoffe (Saatgut, Dünger) geblasen, gepumpt oder geworfen werden müssen, um die erforderliche Streubreite zu erreichen. Widespan Maschinen haben in dieser Hinsicht den Vorteil, dass sie diese Stoffe über ihre gesamte Breite transportieren können. Es besteht daher die Möglichkeit, das Saatgut durch Schwerkraft in bodennahe Dosiergeräte zu befördern und so die mit pneumatischen Systemen verbundenen Ungenauigkeiten bei der Saatgutverteilung zu vermeiden (Yatskul et al., 2017; Karayel et al., 2006).
Festdünger müssen oft geworfen werden, um eine gute Streubreite zu erreichen, was tendenziell ungenau und energieaufwendig ist. Ebenso kann es bei Flüssigdüngern möglich sein, diese durch Schwerkraft in Injektoren oder Tropfstangen einzuleiten, anstatt sie zu pumpen. Injektionen im Widespan System erfolgen tenendziell in einer gleichmäßigeren Tiefe, so dass die Ammoniakemissionen minimiert werden.

Flexibilität und Kapitalinvestitionen

In der Anfangsphase der kommerziellen Entwicklung, wenn Widespan Fahrzeuge noch nicht ohne weiteres verfügbar sind, ist der Verlass auf eine einzige Zugmaschine für alle Arbeiten im Betrieb für Landwirte wahrscheinlich mit einer gewissen Unsicherheit verbunden. Die Anbieter müssen dieses Problem mit einem umfassenden 24/7-Support und einem schnellen Fahrzeugaustausch lösen, wenn eine sofortige Reparatur nicht möglich ist. Mit zunehmender Marktakzeptanz wird diese Einschränkung jedoch verschwinden.

Wir bei NEXAT schätzen die Investitionskosten für unser ganzheitliches System im Vergleich zu einer entsprechenden Standardtechnologie um 10-15 % niedriger ein. Der wichtigste Hebel ist hier die Effizienz des Fuhrparks im Vergleich zu mehreren selbstfahrenden Fahrzeugen, die alle weit von voller Kapazitätsauslastung entfernt sind, da ein Fahrzeug den Motor, die Kabine und andere Technologie für alle Operationen darstellt.
Neben den geringeren Investitionskosten senken Widespan Fahrzeuge auch die Betriebskosten, da sie die Kraftstoffeffizienz erhöhen, indem sie den Schlupf in verdichteten Fahrgassen minimieren, was wiederum die Befahrbarkeit verbessert und termingerechte Arbeiten ermöglicht.