Robert Finger*

Die Aufrechterhaltung eines wirksamen und kosteneffizienten Pflanzenschutzes stellt die Landwirtschaft vor grosse und zunehmende Herausforderungen (Savary et al., 2019; Deutsch et al., 2018). Darüber hinaus ist die Verringerung der mit dem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln verbundenen Risiken für die Umwelt und die menschliche Gesundheit entscheidend, um nationale und internationale politische Ziele zu erreichen (z. B. Schneider et al., 2023; Finger, 2021, Möhring et al., 2023). In einem in der Fachzeitschrift „Agricultural Systems” erschienenen Paper untersuche ich, wie digitale Innovationen den nachhaltigen Pflanzenschutz stärken und den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln sowie die damit verbundenen Risiken reduzieren können (Finger, 2025). Dabei stehen vier Schritte im Vordergrund: i) Definition von Produktionssystemen für nachhaltigen Pflanzenschutz und die dazu nötigen Transitionsphasen, ii) Identifizieren digitaler Innovationen, die den Übergang zu einem nachhaltigeren Pflanzenschutz mittels dieser Produktionssysteme und Transitionsphasen erleichtern können, iii) Diskussion von damit verbundenen Kosten, Risiken und Herausforderungen, iv) Schlussfolgerungen für Politik, Landwirtschaft und Industrie.

Produktionssysteme für nachhaltigen Pflanzenschutz und die dazu nötigen Transitionsphasen

Abbildung 1 fasst Produktionssysteme für einen nachhaltigeren Pflanzenschutz zusammen (Finger et al., 2024; Möhring et al., 2025). Beispielsweise kann eine Reduktion des Risikos durch den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln durch integrierten Pflanzenschutz erreicht werden. Darüber hinaus gewinnt die pestizidfreie, aber nicht biologische Produktion an Bedeutung, bei der in bestimmten Elementen der Fruchtfolge keine chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden (Finger und Möhring, 2024). In der biologischen Landwirtschaft verwenden Landwirtinnen und Landwirte auf ihrem gesamten Betrieb keine synthetischen Pflanzenschutzmittel. Allerdings nutzt auch die biologische Landwirtschaft zum Teil kritische Pflanzenschutzmittel, wie Kupfer (Tamm et al., 2022). Darüber hinaus schränkt die Bio-Zertifizierung den Einsatz bestimmter Technologien in der landwirtschaftlichen Produktion, wie beispielsweise neue Züchtungstechnologien und bodenunabhängige Produktion, ein. In der Summe führt dies oft zu geringeren Erträgen im Vergleich zu anderen Produktionssystemen. Daher kann es Produktionssysteme „beyond organic” geben, die einen Pflanzenschutz mit einem noch geringeren ökologischen Fussabdruck pro Produktionseinheit bieten (siehe Abbildung 1). Dies könnten sie beispielsweise erreichen, indem sie keine Pflanzenschutzmittel mit hohem Risiko (synthetische oder andere) einsetzen und/oder indem sie Technologien verwenden, die in der zertifizierten ökologischen Landwirtschaft nicht zugelassen sind aber Ertragsverluste ausgleichen.

Abbildung 1. Produktionssysteme und Transitionsphasen zu einem nachhaltigeren Pflanzenschutz.

Um das Risiko von Pflanzenschutzmitteln mithilfe der in Abbildung 1 dargestellten Produktionssysteme zu verringern, sind drei nichtlineare Transitionsphasen (unterer Teil der Abbildung 1) erforderlich. Erstens muss die Effizienz des Pflanzenschutzmitteleinsatzes erhöht werden, sodass weniger Pflanzenschutzmittel benötigt werden, um die gleichen Erträge zu erzielen. Zweitens müssen Pflanzenschutzmittel durch Strategien mit geringerem Risiko ersetzt werden (Substitution), beispielsweise durch den Einsatz von Wirkstoffen mit geringem Risiko, oder durch mechanische und biologische Ansätze. Effizienzsteigerung und Substitution können die mit dem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln verbundenen Risiken bei gleichbleibender Produktivität zwar verringern, bekämpfen jedoch nicht die Ursache des Problems. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, den Krankheits- und Schädlingsdruck zu vermeiden und zu verhindern, indem die landwirtschaftlichen Systeme im Sinne eines Redesigns neuausgestaltet werden. Dies kann den Anbau resistenter Sorten oder eine grundlegende Diversifizierung der Agrarökosysteme umfassen, um deren Anfälligkeit für Krankheits- und Schädlingsdruck zu verringern.

Um einen nachhaltigeren Pflanzenschutz in allen in Abbildung 1 dargestellten Produktionssystemen zu erreichen, sind alle Schritte, also Effizienz, Substitution und Redesign, wichtig. Effizienz ist jedoch für Produktionssysteme mit geringem (oder geringerem) Pflanzenschutzmitteleinsatz besonders zentral. Pestizidfreie und biologische Produktionssysteme erfordern dagegen auch eine Substitution. Redesign ist für alle Produktionssysteme wichtig, aber besonders erforderlich, wenn das Ziel darin besteht, den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln komplett zu eliminieren. Die Einführung der in Abbildung 1 dargestellten Produktionssysteme und Transitionsphasen wird jedoch durch mehrere Herausforderungen behindert. Dazu gehören hohe wirtschaftliche Kosten und Risiken sowie Effekte auf Erträge, Arbeitskraftbedarf und die Umwelt.

Digitale Innovationen für einem nachhaltigeren Pflanzenschutz

Digitale Technologien verändern die Agrar- und Ernährungssysteme grundlegend (Walter et al., 2017). Diese Entwicklungen können den Übergang zu einem nachhaltigen Pflanzenschutz unterstützen, indem sie Effizienz, Substitution und Redesign ermöglichen und die Einführung der in Abbildung 1 dargestellten Produktionssysteme erleichtern. Abbildung 2 fasst Beispiele zusammen, wie digitale Innovationen zu einem nachhaltigen Pflanzenschutz beitragen können.

Abbildung 2. Beispiele für digitale Innovationen für nachhaltigen Pflanzenschutz.

A: Präzisionslandwirtschaft unter Verwendung von Technologien mit variabler Ausbringungsmenge, z. B. unter Verwendung hochauflösender Fernerkundungsbilder zur Erkennung von Unkraut und zur Erstellung von Anwendungskarten für eine gezielte Behandlung (hier: SpotiSpray, geo-konzept). B: Autonome Unkrautbekämpfungsroboter, z. B. zur Identifizierung von Unkraut und dessen Bekämpfung ohne Herbizide, z. B. durch mechanische oder Laserbehandlung (hier: Carterra). C: Einsatz digitaler Tools wie Drohnen und Robotern zur Neugestaltung landwirtschaftlicher Landschaften durch kleinräumige Diversifizierung zur Verringerung des Krankheits- und Schädlingsdrucks (hier: PatchCrop, H. Schneider, ZALF). D: Controlled Environment Agriculture wie Indoor- und Vertikallandwirtschaft (Adobe Stock).

Wir analysieren acht digitale Innovationen und ihren potenziellen Beitrag zum nachhaltigen Pflanzenschutz. Diese Innovationen sind: Präzisionslandwirtschaft und variable rate technologies,  automatische Lenksysteme, autonome Unkrautbekämpfungsroboter, der Einsatz unbemannter Luftfahrzeuge wie Drohnen im Pflanzenschutz, Vertical-Farming-Ansätze, digitale Zwillinge, digitale Technologien zur Neugestaltung von Agrarlandschaften, und digitale Tools, die Wissen, Beratung und Netzwerke fördern können. In der Analyse stehen folgende Eigenschaften im Fokus: das Potenzial zur Reduzierung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln und des Risikos pro Hektar, das Skalierungspotenzial und die Produktionssysteme und Transitionsphasen, die durch bestimmte digitale Technologien besonders gefördert werden können. Diese Analyse wird im Paper und dem dazugehörigen Online-Material detailliert präsentiert, hier aber übersprungen.

Tabelle 1 fasst das Potenzial digitaler Innovationen zusammen, indem das Potenzial zur Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes mit dem Skalierungspotenzial kombiniert wird. Dabei ergeben sich vier Kategorien: Technologien der Gruppe 1 weisen ein geringes Potenzial für Skalierbarkeit und die Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes und -risikos auf und stellen daher keinen gangbaren Weg in die Zukunft dar. Die Gruppen 2, 3 und 4 haben hingegen ein hohes Potenzial, den Übergang zu einem nachhaltigen Pflanzenschutz zu unterstützen.

Tabelle 1. Digitale Innovationen und ihr Potenzial zur Skalierung und zur Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes

Gruppe 2 umfasst digitale Innovationen, mit denen sich der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und das damit verbundene Risiko pro Hektar um einige Prozent reduzieren lassen. Da diese Innovationen schnell und flächendeckend angewendet werden können, könnte dies zu einer erheblichen totalen Verringerung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln und des damit verbundenen Risikos führen. So reduzieren beispielsweise Lenksysteme den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln um etwa 5 %, während Präzisionslandwirtschaft und variable rate technologies ihn um 10 bis 30 % verringern. Diese Technologien reduzieren den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln, ohne dass es zu Ertragseinbussen kommt, und lassen sich aufgrund relativ geringer Kosten und weniger regulatorischer Hürden leicht skalieren und weitläufig nutzen.

Gruppe 3 umfasst digitale Innovationen, die eine erhebliche Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes und des Risikos pro Hektar mit sich bringen, jedoch nicht ohne Weiteres skalierbar sind. Ansätze wie Vertical Farming, autonome Unkrautbekämpfungsroboter und Drohnen haben beispielsweise das Potenzial, den Bedarf an Pflanzenschutzmitteln durch Substitution und Redesign zu eliminieren. Allerdings sind diese Technologien mit hohen Kosten und regulatorischen Hürden verbunden, sodass sie noch nicht im grossen Massstab in allen Kulturen auf allen betrieben einsetzbar sind. Autonome Unkrautbekämpfungsroboter sind beispielsweise besonders vorteilhaft für arbeitsintensive Anbausysteme, wie sie im Gemüseanbau verwendet werden. Darüber hinaus kann es auch Nebenwirkungen im Umweltbereich geben, die die Skalierbarkeit limitieren, zum Beispiel durch den hohen Energiebedarf in Vertical Farms.

Gruppe 4 umfasst digitale Innovationen, die zu einer erheblichen Verringerung des Risikos von Pflanzenschutzmitteln führen könnten und sich in grossem Umfang skalieren lassen. Beispielsweise haben digitale Zwillinge und der Einsatz digitaler Technologien zur Neugestaltung von Agrarlandschaften das Potenzial, die landwirtschaftliche Produktion langfristig zu verändern. So könnten digitale Zwillinge (Verdouw et al. 2021) die Vorhersage und Prognose von Krankheits- und Schädlingsausbrüchen ermöglichen. Dadurch wären auch die Erprobung und Umsetzung verschiedener Präventionsstrategien möglich, die den Krankheits- und Schädlingsdruck und somit den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln reduzieren. Darüber hinaus besteht ein erhebliches Potenzial für neue digitale Wissens- und Bildungssysteme sowie für digitale Beratungsdienste, insbesondere in Kombination mit kostengünstigen und benutzerfreundlichen Geräten wie Smartphones. So können kosteneffiziente und inklusive Ansätze für Bildung und Wissensaustausch sowie neuartige, facettenreiche Netzwerke von Landwirtinnen für Landwirte entwickelt werden, um die breite Einführung eines nachhaltigen Pflanzenschutzes zu erleichtern.

Einschränkungen, Risiken und Herausforderungen 

Zahlreiche digitale Innovationen bergen das Potenzial, den nachhaltigen Pflanzenschutz voranzutreiben, den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu reduzieren, Risiken zu minimieren aber die Erträge hoch zu halten. Es gibt jedoch mehrere Einschränkungen und Hindernisse, die eine breite Einführung verhindern. Dazu gehören die technischen, ökologischen und wirtschaftlichen Eigenschaften der Innovationen selbst sowie externe Faktoren wie das Markt- und Politikumfeld. So sind die Kosten vieler digitaler Innovationen nach wie vor zu hoch, um Investitionen zu rechtfertigen. Dies liegt auch daran, dass Pflanzenschutzmittel oft zu günstig sind, um Investitionen in pflanzenschutzmittelsparende Ansätze und Technologien attraktiv zu machen. Insbesondere für das Redesign von Agrarsystemen durch digitale Innovationen sind erhebliche Investitionen erforderlich, doch die Vorteile sind ungewiss und lassen sich möglicherweise nur langfristig realisieren. Zudem besteht grosse Unsicherheit darüber, wie sich die Technologien bei einer grossflächigen Anwendung bewähren werden und inwieweit digitale Innovationen unsere Erwartungen erfüllen können. Dies bremst die Investitionen in diesen Bereichen.

Schliesslich sind die Kosten und Vorteile digitaler Innovationen stark kontextspezifisch. Sie hängen beispielsweise vom Anbausystem, den sozioökonomischen Bedingungen der landwirtschaftlichen Betriebe sowie wirtschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen ab. Folglich profitieren möglicherweise nicht alle landwirtschaftlichen Betriebe in gleichem Masse davon. Derzeit profitieren grössere und spezialisiertere landwirtschaftliche Betriebe mit besserem Zugang zu notwendigem Wissen und Infrastruktur oft stärker von digitalen Innovationen. Dies kann zu einer Kluft (digital divide) innerhalb der Landwirtschaft führen. Darüber hinaus können viele der oben beschriebenen digitalen Innovationen unbeabsichtigte ökologische, ethische und soziale Nebenwirkungen haben. So können beispielsweise Vertical Farming und KI-gesteuerte Ansätze sehr energieintensiv sein. Die zunehmende Abhängigkeit von digitalen und autonomen Ansätzen wirft neue grundlegende Fragen in Bezug auf Verantwortung und Rechenschaftspflicht auf, zum Beispiel für autonome Entscheidungen über den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln. Das Ersetzen menschlicher Entscheidungen (oft mit hohen Umweltpräferenzen) durch automatisierte Systeme, die sich ausschliesslich auf die Maximierung von Ertrag und Gewinn konzentrieren, könnte zu einem weniger nachhaltigerem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln führen (Dalhaus et al., 2024).

Schlussfolgerungen

Digitale Innovationen sollten nicht als Allheilmittel für einen nachhaltigen Pflanzenschutz und eine nachhaltige Landwirtschaft im Allgemeinen betrachtet werden. Sie bieten jedoch erhebliche Chancen. Obwohl die Entwicklung und Umsetzung vieler neuer Technologien in erster Linie vom privaten Sektor vorangetrieben wird, kann die öffentliche Politik den Übergang zu einem nachhaltigen Pflanzenschutz durch digitale Landwirtschaft unterstützen. Um das grosse Potenzial digitaler Innovationen auszuschöpfen, sind Governance, gezielte Investitionen, Leitlinien und politische Massnahmen erforderlich. Es müssen kohärente Ansätze und Strategien nicht nur für den Pflanzenschutz und digitale Technologien, sondern auch für den Übergang zu einer nachhaltigeren Agrar- und Ernährungspolitik im Allgemeinen entwickelt werden (Storm et al., 2024; Möhring et al., 2020; Rossing et al., 2023). Die Reduzierung von Lebensmittelabfällen verringert beispielsweise den Bedarf an Pflanzenschutzmitteln, da von vornherein weniger Lebensmittel produziert und entsprechend weniger Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden müssen (Conrad et al., 2018).

Die Politik kann digitale Innovationen zum Beispiel durch verbesserte Konnektivität und Telekommunikationsinfrastruktur sowie den Zugang der Landwirtschaft zu Signalen des Global Navigation Satellite Systems (GNSS) und Satellitenbildern fördern. Darüber hinaus kann sie die Entwicklung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen für die Speicherung, Verarbeitung und Weitergabe von Daten vorantreiben und den Einsatz neuer Technologien wie autonomer Maschinen fördern, um digitale Innovationen für einen nachhaltigen Pflanzenschutz zu ermöglichen. Politische Massnahmen könnten auch auf wirtschaftlichen Anreizen basieren, beispielsweise in Form gezielter Subventionen für neue Technologien. Darüber hinaus könnten Pflanzenschutzmittel durch Lenkungsabgaben verteuert werden, um Landwirte Anreize zu geben, in Technologien zu investieren, die Pflanzenschutzmittel einsparen oder ersetzen (Finger & Pedersen, 2025). Die öffentliche Unterstützung sollte Ansätze fördern, die digitale Innovationen für einen nachhaltige Pflanzenschutz kostengünstiger machen und allen landwirtschaftlichen Betrieben den Zugang ermöglichen. Landwirte sollten digitale Innovationen auch für andere Zwecke als den Pflanzenschutz nutzen können, beispielsweise für andere Management- und Anbauentscheidungen sowie Monitoring- und Dokumentionsaufgaben. Zu diesem Zweck sollten Industrie und Politik eine verbesserte Vernetzung von Ansätzen, Aufgaben und Technologien ermöglichen und fördern. Eine grössere Kosteneffizienz könnte durch die Förderung von Zusammenarbeit und Kooperation zwischen landwirtschaftlichen Betrieben erreicht werden, so dass auch kleine Betriebe von digitalen Innovationen profitieren (Finger, 2023). Zudem sind Beratung, Bildung und Information entscheidend für die nachhaltige Nutzung digitaler Technologien.

Studie: Finger, R. (2026). Sustainable crop protection and the role of digital agriculture. Agricultural Systems 231: 104516. Open Access: https://doi.org/10.1016/j.agsy.2025.104516

Robert Finger (ETH Zürich). Kontakt: rofinger@ethz.ch

Das Paper ist eine Zusammenfassung einer Keynote an der Konferenz „Landscape 2024” (ZALF, Berlin). Eine Aufzeichnung der Keynote finden Sie hier (ab Minute 62) https://www.youtube.com/watch?v=PMiW-73Q7O4&list=PLDLo-hpyI-rgyjqD2tYxx2oMbFVi1LIqF&index=16

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Beitragsbild: SpotiSpray, geo-konzept