Wie viele andere Sektoren erfährt auch die Landwirtschaft eine kontinuierliche Digitalisierung, d.h. eine Zunahme der eingesetzten datengesteuerten Technologien. Im Gegensatz zu Unternehmen anderer kritischer Infrastrukturen - z.B. Energie oder Telekommunikation - ist ein typischer Bauernhof vergleichsweise klein und wird oft als Familienbetrieb geführt. Dementsprechend sind die Anforderungen an die Landtechnik, ihre Umsetzung und die Vorschriften in vielerlei Hinsicht anders. Auch die Umstände, die Risiken und Management von Krisen beeinflussen, sind in der Landwirtschaft anders - und da die Digitalisierung neue potenzielle Risiken mit sich bringt, sollte dieser Prozess kritisch überprüft werden. Die derzeit fortschrittlichsten Ansätze für die Landwirtschaft werden typischerweise als Smart Farming und Landwirtschaft 4.0 bezeichnet, die eine präzisere Bewirtschaftung mit weniger manuellem Aufwand ermöglichen. Bei solchen neuen Entwicklungen im Bereich der Agrartechnologie fehlt jedoch in der Regel eine Bewertung ihrer Auswirkungen auf die Widerstandsfähigkeit des Sektors und der Abhängigkeiten von anderen Infrastrukturen. Die Forschungsbereiche der Kriseninformatik und IT-Sicherheit konzentrieren sich meist auf andere Themen als die Landwirtschaft. Die Resilienzforschung in der Landwirtschaft selbst wird derzeit intensiviert, allerdings konzentriert sich dieser Forschungszweig eher auf Probleme, die sich aus der Klimakrise und dem sozialen Wandel ergeben. Aus diesen Gründen bleibt es unklar, wie sich die Digitalisierung auf die Resilienz der Lebensmittelproduktion und Lebensmittelsicherheit auswirkt. Daher ist nicht gut erforscht, welche technologischen Entwicklungen in Zukunft zu unerwünschten Auswirkungen führen könnten. Auch die Frage, wie moderne Systeme gestaltet sein sollten, um sowohl positive Auswirkungen auf die Effizienz als auch die Vermeidung negativer Effekte im Sinne einer verminderten Resilienzfähigkeit zu ermöglichen, wird in der aktuellen Literatur nicht beantwortet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Forschungslücke an der Schnittstelle von Landwirtschaft, Digitalisierung und Resilienz zu schließen.

Zur Beantwortung der Frage, inwieweit die derzeit von Landwirt:innen genutzten Technologien von Ausfällen gefährdet sind, wird in der Dissertation zunächst eine Momentaufnahme des Stands der Resilienz von landwirtschaftlichen Unternehmen und der verwendeten Technologien vorgestellt. Dazu werden Interviews mit Stakeholdern, vor allem Landwirt:innen, geführt und Sicherheitsaspekte des LoRaWAN-Protokolls, einer Übertragungstechnologie, die besonders für das landwirtschaftliche Internet der Dinge geeignet ist, untersucht. Eine weitere offene Frage ist, welche Wünsche die Landwirt:innen an eine Software haben, die sich auf Aspekte der Geschäftskontinuität und des sicheren Betriebs konzentriert. Diese Dissertation zielt darauf ab, auch diese Frage mit empirischen Methoden, hauptsächlich Fokusgruppen und Usability-Tests, zu beantworten. Das Aufkommen des Internets der Dinge in der Landwirtschaft wirft eine weitere Frage auf, nämlich ob solche Technologien, die für die intelligente Landwirtschaft erworben wurden, auch Vorteile für die Widerstandsfähigkeit gegen den Verlust der Internetverbindung haben könnten. Diese Frage wird durch die empirische Evaluierung der LoRaWAN-Reichweitencharakteristik in landwirtschaftlichen Landschaften sowie durch die Generierung von Artefakten für belastbare Kommunikationskanäle auf LoRaWAN-Übertragungsgeräten beantwortet.

Aus den durchgeführten Untersuchungen lassen sich mehrere Erkenntnisse ableiten: Es besteht ein Mangel an Verständnis dafür, wie stark die in der Landwirtschaft eingesetzten Instrumente von IKT abhängen, und viele Instrumente erfordern eine funktionierende Internetverbindung. Darüber hinaus ist die in landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzte IT mit ähnlichen Sicherheitsbedenken verbunden wie in anderen Bereichen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse werden Entwicklungen und Bewertungen neuer Softwareansätze vorgestellt: Abgeleitete Designkriterien und eigene Systementwürfe, die einen modernen datengesteuerten Geschäftsbetrieb ermöglichen, einschließlich IoT-Integration auf Basis von LoRaWAN. Die entwickelten Lösungen zeigen eine Erhöhung der Resilienzkapazitäten durch Verbesserung der Kommunikationsmöglichkeiten in Krisensituationen. Die festgestellten geringen Absorptionskapazitäten gegen Ausfälle der Kommunikationsinfrastruktur zeigen Verbesserungspotenziale auf. Um die Resilienz der landwirtschaftlichen IT zu verbessern, könnten Softwareentwickler:innen die Konzepte und Entwürfe dieser Dissertation für ihre Produktentwicklung nutzen, wie z.B. einen modularen offline-fähigen Betriebsführungsspeicher, der einen autarken Austausch von Kleindaten über Commodity LoRaWAN-Hardware ermöglicht. Aber auch Technologieberater:innen und Landwirt:innen profitieren von den technologischen Analysen und Vorschlägen, die in dieser Arbeit eingebettet sind, wie z.B. die Verwendung mehrerer LoRaWAN-Gateways mit einer überlappenden Abdeckung, um Sicherheitslücken zu entschärfen.